Brevet FR2765058A1 — publié le 19981224

La présente invention se rapporte à une correction fréquentielle dans le cas o des signaux numériques sont émis dans une modulation à plusieurs sous-porteuses superposées à une rampe de fréquence qui constitue la fréquence porteuse de l'émission; I'invention s'applique en particulier au cas o la rampe est précédée d'une émission sur fréquence fixe, modulée, sans sous-porteuses. L'avantage de la rampe est qu'elle permet d'apporter un remède aux évanouissements, fading dans la littérature anglo-saxonne, sélectifs; ce o10 remède est d'autant plus efficace que la pente de la rampe est plus grande et que la durée d'un symbole transmis est plus longue. Il est rappelé au sujet des symboles qu'il s'agit de regroupements d'informations binaires appelées bits; ces regroupements peuvent être exprimés sous différentes formes de modulation (amplitude, fréquence, phase), chaque valeur du regroupement étant représentée par un état de la constellation dans le plan complexe. A titre d'exemple un regroupement de m = 3 bits peut être exprimé à travers une modulation à N = 2rm = 23 = 8 états de phase, chaque état de phase étant situé sur le cercle unité à des multiples de x/4. Et, plus particulièrement, dans le cas d'une modulation à deux états, le symbole correspond à un bit. Le problème traité à travers l'invention, concerne le traitement des échos multiples. Même si la rampe permet intrinsèquement de discriminer en fréquence, en plus du temps, les différents échos multiples, le problème devient ardu quand soit le débit à transmettre augmente soit le retard des échos devient grand. Pour y porter remède dans un canal à fréquence fixe, il est connu de faire précéder l'émission -des données par l'émission d'un préambule et d'intercaler des " séquences de poursuites " entre les données transmises; le préambule et les " séquences de poursuites " dont les contenus sont connus du récepteur, permettent à ce dernier d'établir pendant le préambule la réponse impulsionnelle du canal et de " rafraîchir " cette réponse pendant les "séquences de poursuites "; c'est la réponse impulsionnelle qui permet de faire un traitement de correction des signaux reçus dans le canal de transmission, traitement qui est appelé égalisation. L'inconvénient de cette façon de procéder est d'accaparer, dans le temps, une partie non négligeable du canal, donc de réduire fortement la capacité de transmission du canal et de rompre le flot de données transmises. Le but de la présente invention est de réduire cet inconvénient dans le cas d'une émission à plusieurs sous-porteuses superposées à une porteuse linéairement variable. Ceci est obtenu en recherchant la réponse impulsionnelle du canal relatif à l'une des sous-porteuses et en utilisant cette réponse impulsionnelle pour la correction dans les canaux relatifs aux autres sous- porteuses. Selon l'invention il est proposé un procédé de correction fréquentielle d'une réception lors d'une transmission en modulation à fréquence porteuse variable avec n sous-porteuses, o n est un entier au moins égal à deux, correspondant respectivement à n canaux de transmission, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser l'une des n sous- porteuses comme sous-porteuse de référence, à effectuer un traitement dans le canal de cette sous-porteuse de référence au fur et à mesure de la variation de la fréquence porteuse et à utiliser le résultat de ce traitement pour établir une estimation, Cx(t), de canal afin d'effectuer la correction des canaux des autres sous-porteuses à corriger et à tenir compte, pour l'application de cette correction à un canal à corriger, du décalage entre les instants d'apparition d'une même fréquence instantanée respectivement dans le canal de la sous-porteuse de référence et dans le canal de la sous- porteuse du canal à corriger considéré. Il est également proposé un dispositif de correction fréquentielle d'une réception lors d'une transmission en modulation à fréquence porteuse variable avec n sous-porteuses, ou n est un entier au moins égal à 2, correspondant respectivement à n canaux de transmission, caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens de filtrage pour fournir l'un, prédéterminé, des n canaux, à partir d'un signal reçu, ce canal constituant un canal de référence, des moyens d'estimation pour établir la réponse impulsionnelle du canal de référence et fournir un signal d'estimation, des seconds moyens de filtrage pour séparer les canaux à corriger, à partir du signal reçu et des moyens de correction pour corriger séparément chacun des canaux à corriger à l'aide du signal d'estimation et démoduler les signaux corrigés. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: - les figures 1 et 2, des diagrammes des temps relatifs à un paquet d'informations - la figure 3, un schéma électronique d'un circuit de correction selon l'invention. L'exemple de réalisation qui va être décrit dans ce qui suit se rapporte à une transmission d'un signal numérique du type à en-tête à fréquence fixe suivi d'une émission sur plusieurs sous-porteuses régulièrement espacées et mélangées à une porteuse à variation linéaire de fréquence dans le temps. La figure 1 représente, en traits pleins, la réception par trajet direct tandis que des pointillés et des traits interrompus figurent des réceptions par trajets réfléchis, dits trajets multiples. Le signal reçu comporte un en-tête à fréquence fixe E suivi de cinq sous-porteuses, N1 à N5 à fréquences fixes F1 à F5 transposées selon une rampe de fréquence linéaire, qui occupent respectivement cinq canaux appelés canaux N1 à N5 dans ce qui suit. L'en-tête sert aux postes récepteurs, à repérer les émissions qui leur sont destinées et à pouvoir démarrer une rampe locale de fréquence correspondant à la rampe de la fréquence porteuse reçue et en synchronisme avec cette dernière afin de permettre le passage en bande de base du signal, par mélange. Avec des sous-p6rteuses régulièrement espacées, si, dans le signal reçu du fait de la porteuse variable, la sous-porteuse N1 passe par une valeur donnée Di au temps tl, les sous-porteuses N2, N3, N4, N5 y passeront respectivement aux temps t2 = tl + d, t3 = tl + 2d, t4 = tl + 3d et t5 = tl + 4d; d, écart dans le temps entre deux sous-porteuses voisines, est donné par le rapport entre l'écart en fréquence entre deux sous-porteuses voisines et la pente de la fréquence porteuse; dans l'exemple décrit d vaut 1 MHz sur 0,4 MHz/ps soit 2,5 ps. Il est à remarquer que sur la figure 1 les trajets multiples sont représentés comme fixes quelle que soit la fréquence; ceci n'est pas forcément vrai dans la réalité. Avec, dans l'exemple décrit, des trajets multiples n'apportant pas un retard supérieur à 1 ps, il est possible d'effectuer un traitement pour établir une estimation du canal N1 relatif à la sous-porteuse N1 à un instant donné et d'utiliser les résultats de l'estimation pour effectuer des corrections sur les canaux N2, N3, N4, N5 relatifs aux sous- porteuses N2, N3, N4, N5, mais avec des retards respectifs d, 2d, 3d, 4d. Afin d'optimiser l'estimation du canal N1, la sous-porteuse N1 ne l0 comporte pas d'informations destinées à l'utilisateur du poste récepteur, informations dites " utiles " dans ce qui suit, mais est entièrement dédiée à la correction et, pour cela, comporte tout au plus un motif de référence répétitif voire pas de motif particulier ce qui correspond à l'envoi d'une porteuse pure. L'estimation de la réponse impulsionnelle du canal N1 consiste à restituer les composantes principales du canal, cette estimation étant basée sur la théorie selon laquelle les ondes électromagnétiques se réfléchissent sur les obstacles selon quelques directions privilégiées; les composantes de la réponse du canal sont ensuite utilisées, de façon classique, selon leur amplitude, leur phase, leur retard ou leur fréquence, pour reconstituer le signal émis à l'origine, en les ajoutant après les avoir remises en phase. Dans l'exemple décrit l'estimation de la réponse impulsionnelle est réalisée par une analyse fréquentielle efectuée au moyen de filtres à bande très étroite, du type filtres de transformée de Fourier récursive et cette analyse est faite continuellement tout au long de la rampe puisque la valeur de la fréquence porteuse change continuellement. L'estimation du canal N1 est précédée d'une estimation préliminaire effectuée sur l'en-tête E de façon à en disposer dès le début de la rampe de fréquence et, par exemple dans le cas de l'analyse dans la rampe au moyen de filtres, de façon à éviter l'attente de la convergence de filtres partant de zéro; il est ainsi réalisé un prépositionnement et l'en-tête joue alors le rôle des préambules classiques dont il a été question plus avant. Cependant, dans le cas d'émissions sans en-tête, il serait possible de ne faire la correction qu'un laps de temps prédéterminé après le début de la rampe et donc,à l'émission, de tenir compte de ce laps de temps en n'envoyant pas d'informations " utiles " au tout début du déclenchement de la rampe. La mise en oeuvre de plusieurs sous-porteuses sur une rampe avec la première sous-porteuse, N1, pour permettre l'estimation du canal fait apparaître un problème au départ des autres sous-porteuses. En effet, la correction sur celles-ci n'est possible qu'après le franchissement par ces sous-porteuses, de la valeur de départ de la fréquence de la première sous- porteuse. Ceci définit, depuis la fréquence de l'en-tête jusqu'à la fréquence de départ de la première sous-porteuse, une zone de fréquences dans laquelle la correction peut être effectuée de la même façon pour toutes les sous-porteuses, par une estimation identique déduite de l'en-tête. La correction devient plus efficace en modifiant la forme d'onde de la façon indiquée sur la figure 2: les sous-porteuses démarrent toutes successivement à partir d'une même fréquence. Ceci permet de pouvoir bénéficier entièrement de l'estimation de canal effectuée sur la rampe de la première sous-porteuse dès le démarrage des rampes des autres sous- porteuses. Il est également possible, aussi bien dans le cas de la figure 1 que dans la cas de la figure 2, d'effectuer l'estimation, non pas sur le canal N1 mais sur un autre canal, par exemple le canal N3, mais cela nécessite, pour chacun des canaux, tels que N1, N2, qui précèdent le canal sur lequel se fait l'estimation, de garder en mémoire les signaux reçus tant que la correction à leur apporter n'a pas été estimée. Il est à noter que le procédé qui consiste à utiliser toute la sous- porteuse N1 sans modulation pour effectuer l'estimation fréquentielle, procure de très bons résultats. Il est cependant possible, en conservant des résultats satisfaisants, de fa're alterner ou de superposer à vitesse lente, dans le canal relatif à la sous-porteuse N1, des informations " utiles " et des "séquences de poursuites " telles qu'elles ont été décrites plus avant. La correction d'une sous-porteuse a pour but de permettre d'en extraire de façon satisfaisante le signal utile, c'est-à-dire la modulation. Soit l'une Sx(t) des sous-porteuses à corriger avec dans l'exemple décrit, x = 2, 3, 4 ou 5. A l'instant t le signal s'exprime de la façon suivante: Sx(t) = ej(m(t)+4). 1 akei(kt) +b(t> k=0 avec - m(t): phase de modulation à l'instant t dépend du type de modulation; en QPSK m(t) = 0, i/2, 7r, 3x/J2; c'est le signal utile - 4: décalage absolu de la phase phase résultante: 4, x/2+4, 7z+4, 3ic/2 + 4 - N: nombre effectif d'échos multiples - ak: amplitudes des échos multiples réels - nk (=27cfk) et Ok étant respectivement les amplitudes et les phases des échos multiples réels obtenues après mélange avec la rampe locale dans le récepteur b(t); bruit blanc gaussien Avec un bruit blanc gaussien négligeable le signal de la x"m' sous-porteuse s'écrit Sx(t) eJ(m(t)+4). E akei( k t+Ok k=0 Soit Cx(t) = Nak.eji(kt+Ok) la contribution des trajets k=0 multiples sur la x'"' sous-porteuse à l'instant; I'argument de Sx(t) s'écrit Arg.Sx (t) = m(t) + 4 + Arg Cx (t) o m est le signal utile c'est-à-dire l'information recherchée. La correction consiste donc à effectuer une " certaine " estimation du canal, Cx(t), grâce à la sous-porteuse de référence, N1, puis à effectuer la soustraction Arg.Sx(t) -Arg Cx (t) Si l'estimation est parfaite, (Cx(t)= Cx(t) et Arg.Sx(t) - Arg Cx(t)= m(t) + 4 + Arg Cx(t) - Arg Cx(t) = m(t) + 4 le terme 4 se retranche dans une démodulation différentielle et l'information est retrouvée dans son intégralité. Soit à obtenir une approximation du canal avec la première sous- porteuse N1. Cette approximation peut être effectuée, en bande de base, avec, par exemple, huit filtres équi-espacés qui reçoivent la sousporteuse N1. L'approximation réalisée au temps t' = t - (x-1)d, avec x = 2, 3, 4 ou 5 et d = écart entre sous-porteuses voisines, permet de fournir une approximation du signal à corriger au temps t pour la xm sous-porteuse. Cette approximation, est constituée par la somme des signaux de sortie des M-I filtres CAx(t)= Ai ej(i t'+p) i=0 - CAx(t) est l'approximation de la xém" sous-porteuse au temps t - M est le nombre d'échos estimés (8 dans le cas de l'exemple décrit puisque le signal est analysé à l'aide de M = 8 filtres) - Ai, coi, (pi sont respectivement l'amplitude, la pulsation et la phase obtenues avec les M = 8 filtres; c'est-à-dire qu'à chaque temps t correspondent 8 triplets: i = 0,1, 2, 3,...7. A partir de l'approximation CAx(t) il est maintenant possible d'effectuer la " certaine " estimation Cx(t) du canal dont il a été question plus avant; cela peut, par exemple, être fait - soit en ne retenant que le plus puissant des échos Aj w j qpj alors Cx(t) = Aj ej(jt' +i) et ArgCx(t) = cojt'+pj - soit en ne retenant que les p échos les plus puissants, avec p entier supérieur à 1 Arg Cx (t) = Arg (des échos concernés sommés) - soit en retenant tout le signal alors Cx(t)= CAx(t') si bien que Cx(t) n'est autre que le signal de la première sous-porteuse purement et simplement mémorisé entre les temps t' et t; dans ce cas il n'y a pas réellement d'estimation du canal mais tout simplement une mémorisation du signal de la première sous- porteuse. Cette possibilité, particulièrement performante et simple à mettre en oeuvre, est valable si le bruit est négligeable. La figure 3 est un schéma électronique d'un dispositif de correction fréquentielle selon l'invention. Comme le traitement s'effectue en bande de base, c'est-à-dire après un mélange qui supprime la fréquence porteuse, il y a une forte ressemblance entre ce dispositif et les dispositifs de correction connus, mentionnés plus avant, et qui étudient la réponse impulsionnelle d'un canal à fréquence fixe à l'aide d'un préambule et de "séquences de poursuites "; dans l'exemple décrit l'étude de la réponse impulsionnelle se fait sur l'en-tête qui joue le rôle de préambule, le rafraîchissement se fait de manière continue sur le canal N1 et la réponse impulsionnelle ainsi estimée sur le canal d'en-tête puis sur le canal N1 sert à corriger les canaux N2, N3, N4, N5. Le circuit selon la figure 3 comporte une entrée qui reçoit, sous forme des deux composantes I et Q, un signal du genre de celui qui est décrit à l'aide des figures 1 ou 2. Ce signal est appliqué sur la première entrée de deux mélangeurs la, lb. Le mélangeur la reçoit sur sa seconde entrée un signal à la fréquence Fe de l'en-tête. Le signal de sortie du mélangeur la est fourni à un circuit de détection d'en-tête 2 qui, d'une part, se synchronise sur l'en-tête et, d'autre part, recherche dans l'en- tête un motif de référence prédéterminé. Le circuit 2 peut ainsi déclencher, en synchronisme avec la fréquence porteuse du signal reçu, un générateur de rampe 3 réalisé à partir d'un synthétiseur de fréquences. La sortie du générateur de rampe est reliée à une seconde entrée du mélangeur 1 b dont la sortie délivre un signal en bande de base constitué de cinq sous- porteuses N1 à N5 à fréquences fixes, F1 à F5, N2 à N5 étant modulées par les informations contenues dans le signal reçu. Deux filtres 5 et 6 laissent respectivement passer la sous-porteuse N1 et les sous-porteuses N2 à N5. Un circuit 7 de suivi d'estimation du canal N1 a une première entrée reliée à un circuit d'estimation préliminaire 4 et une seconde entrée reliée au filtre 5. Le circuit 7 permet d'effectuer dès le départ de la rampe, le suivi de la réponse impulsionnelle avec l'algorithme choisi, en l'occurrence avec filtres de transformée de Fourier récursive, comme il a été indiqué plus avant. Chaque filtre étant caractérisé par sa fréquence de centrage et ses résultats en amplitude et phase, fournit un triplet de correction " fréquence- amplitude-phase ". Une unité d'estimation et de mémorisation 8 assure l'élaboration, sous la forme de triplets, des signaux d'estimation Cx(t) dont il a été question précédemment, ainsi que la gestion des instants auxquels doivent être appliqués ces signaux d'estimation à chaque sous-porteuse. Ainsi, dans la réalisation qui a servi d'exemple à la présente description, un groupe de huit triplets dont les valeurs varient avec le temps est fourni par le circuit 7 en fonction du canal Ni; comme, du fait des rampes décalées, les instants de passage, par une fréquence donnée, des canaux N1 à N5 sont décalés les uns par rapport aux autres, I'unité 8 transmet chaque signal d'estimation pour servir à la correction de chacun des signaux contenus dans les canaux N2 à N5 mais à des instants différents selon les canaux afin de tenir compte des décalages entre le canal considéré et le canal N1. Le nombre huit de triplets correspond au nombre de filtres utilisés pour estimer la réponse impulsionnelle, autrement dit représente le nombre de raies qui peuvent être estimées dans la réponse impulsionnelle. L'estimation préliminaire de la réponse impulsionnelle s'effectue dans le circuit 4, sur le motif de référence trouvé par le circuit de détection d'en-tête 2. Ce circuit d'estimation préliminaire 4 sert d'une part à fournir un ensemble préliminaire de signaux de correction à l'unité 8 tant que la rampe relative au canal N1 n'a pas permis au circuit de suivi d'estimation 7 d'élaborer un groupe de triplets et d'autre part à fournir au circuit 7 ce même ensemble préliminaire de signaux de correction. Ce circuit 4 ainsi que le circuit 7 n'existent pas dans le cas d'un signal stationnaire avec fort rapport signal à bruit, le traitement se résumant à une simple mémorisation. Le filtre 6 a sa sortie reliée aux premières entrées de quatre mélangeurs 92 à 95 qui reçoivent respectivement sur leurs secondes entrées des signaux aux fréquences fixes F2 à F5; comme il a été vu précédemment ces fréquences F2 à F5 sont les fréquences des sous-porteuses N2 à N5. Les signaux de sortie des mélangeurs 92 à 95 sont respectivement appliqués, à travers des filtres 102 à 105, sur les entrées de signal de circuits de correction et démodulation 112 à 115; ce sont les signaux Sx(t) dont il a été question plus avant. Les circuits 112 à 115 comportent des entrées de correction reliées à l'unité de calcul pour recevoir les groupes de triplets de correction dont il a été question plus avant. Ils effectuent les opérations de restitution de l'information indiquée plus avant, à savoir ArgSx(t) - Arg Cx(t)= m(t)+4 suivies d'une démodulation différentielle. L'invention n'est pas limitée à la description qui précède, c'est ainsi en particulier qu'elle peut être appliquée même si la variation, dans le temps, de la valeur de la rampe de fréquence n'est pas linéaire. Mais, dans ce cas, le retard à donner au signal de correction pour la correction d'un canal n'est pas constant dans le temps; la mise en oeuvre de l'invention s'en trouve compliquée puisqu'il faut alors tenir compte de la pente et de la fréquence instantanée de la rampe pour déterminer les retards lors de l'utilisation du signal de correction; la détermination de ces retards se limitant à un calcul géométrique de translation de la courbe représentative o de la fréquence porteuse, est simple et, si elle nécessite un certain nombre de circuits électroniques qui augmentent le coût du matériel, ces circuits électroniques sont à la portée de l'homme du métier. REVENDICATIONS 1. Procédé de correction fréquentielle d'une réception lors d'une transmission en modulation à fréquence porteuse variable avec n sous- porteuses, o n est un entier au moins égal à deux, correspondant respectivement à n canaux de transmission, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser l'une des n sous-porteuses comme sous-porteuse de référence, à effectuer un traitement dans le canal de cette sous- porteuse de référence au fur et à mesure de la variation de la fréquence porteuse et à utiliser le résultat de ce traitement pour établir une estimation, Cx(t), de canal afin lo d'effectuer la correction des canaux des autres sous-porteuses à corriger et à tenir compte, pour l'application de cette correction à un canal à corriger, du décalage entre les instants d'apparition d'une même fréquence instantanée respectivement dans le canal de la sous-porteuse de référence et dans le canal de la sous-porteuse du canal à corriger considéré. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la transmission à fréquence variable étant précédée par une transmission à fréquence porteuse fixe, il consiste à effectuer un traitement préliminaire dans le canal de cette fréquence fixe, à utiliser le résultat de ce traitement préliminaire pour établir une estimation préliminaire afin d'effectuer, dès le début de la réception en modulation à fréquence porteuse variable, une correction des canaux à corriger et à commencer le traitement dans le canal de la sous-porteuse de référence à partir du résultat du traitement préliminaire. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, afin d'optimiser l'estimation de canal, la sous-porteuse de référence est entièrement dédiée à la correction et comporte, pour cela, tout au plus un motif répétitif, si bien que, lorsque le motif répétitif est de valeur nulle, la sous-porteuse de référence est envoyée sous la forme d'une porteuse pure. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence porteuse a une variation linéaire dans le temps. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à émettre les n sous-porteuses en les déclenchant successivement à partir d'une même valeur de fréquence. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors du traitement, une analyse spectrale de la sous-porteuse de référence est effectueée. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement se réduit à une mémorisation de la sous-porteuse de référence et en ce que l'estimation, Cx(t), est constituée par la sous- porteuse mémorisée. 8. Dispositif de correction fréquentielle d'une réception lors d'une transmission en modulation à fréquence porteuse variable avec n sous- porteuses, ou n est un entier au moins égal à 2, correspondant respectivement à n canaux de transmission, caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens de filtrage (5) pour fournir l'un, prédéterminé (N1), des n canaux, à partir d'un signal reçu, ce canal constituant un canal de référence, des moyens d'estimation (7, 8) pour établir la réponse impulsionnelle du canal de référence et fournir un signal d'estimation, des seconds moyens de filtrage (6) pour séparer les canaux à corriger, à partir du signal reçu et des moyens de correction (92-95, 102-105, 112-115) pour corriger séparément chacun des canaux à corriger à l'aide du signal d'estimation et démoduler les signaux corrigés. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que, la transmission à fréquence variable étant précédée par une transmission à fréquence porteuse fixe, il comporte des moyens d'extraction (la, 2) pour extraire du signal reçu la partie relative à la fréquence porteuse fixe et des moyens de mesure (4) reliés aux moyens d'extraction pour établir une réponse impulsionnelle préliminaire avec la partie du signal reçu relative à la fréquence fixe, ces moyens de mesure étant couplés aux moyens d'estimation (7, 8) afin de permettre un prépositionnement de ces derniers, en début de réception sur la fréquence porteuse variable.