Brevet FR2792793A1 — publié le 20001027

La présente invention concerne un procédé pour la transmission de données comportant au moins une étape intermédiaire de transmission par signal sonore. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à la transmission de données numériques par le réseau de téléphone usuel, sans faire intervenir de moyen de raccordement particulier, c'est-à-dire en utilisant le microphone et le haut-parleur d'un combiné téléphonique classique. Une telle transmission de données peut par exemple être utilisée pour lire et/ou mettre à jour, à distance des informations stockées dans une puce avec ou sans contact, montée sur un support tel qu'une carte, un badge, etc. Pour effectuer une telle transmission, on utilise un transducteur sonore, par exemple de type piézo-électrique, qui émet un signal sonore modulé par les données codées à émettre. A la réception, on peut utiliser un microphone ou un transducteur réversible, qui fournit un signal électrique modulé contenant les données transmises. Cette transmission peut être effectuée en utilisant un procédé de modulation tel que la modulation d'amplitude, de fréquence ou de phase. On a constaté que la modulation d'amplitude peut être utilisée pour transmettre des données numériques sous la forme d'un signal sonore par le réseau téléphonique commuté, mais ne convient pas lorsque l'on souhaite utiliser un réseau de radiotéléphonie cellulaire, tel que le réseau GSM. - 2 - 2792793 Par ailleurs, la modulation en phase, peu sensible au bruit, permet d'utiliser aussi bien le réseau téléphonique commuté qu'un réseau de type GSM. Toutefois, pour que la démodulation soit possible, ces procédés de modulation nécessitent une fréquence d'émission, dite porteuse, relativement précise et stable, ce qui implique que le transducteur d'émission ou de réception soit accordé précisément sur la fréquence d'émission. Il s'avère en outre que les transmissions de ce type par un réseau téléphonique peuvent subir une forte atténuation. Il est donc nécessaire de produire à l'émission une puissance sonore relativement importante. Or, les transducteurs sonores actuels ne sont pas accordés, présentent des résonances parasites, et sont toujours déphasés par rapport au signal de commande. Par ailleurs, les transducteurs capables de produire une puissance d'émission suffisante sont relativement encombrants et coûteux, et nécessitent d'être accordés manuellement. Cette solution ne convient donc pas pour réaliser un dispositif bon marché capable d'effectuer une telle transmission. D'autre part, les procédés connus de démodulation de phase, qui sont réalisés par verrouillage d'un oscillateur local sur la phase de la porteuse, ne sont pas applicables à l'utilisation de transducteurs piézo-électriques, ou analogue, lorsque la modulation de phase est à fréquence élevée, par exemple tous les huit cycles de porteuse. La présente invention a pour but de supprimer ces inconvénients. A cet effet, elle propose un procédé de transmission de données par modulation en phase d'une porteuse générée par un oscillateur commandé en phase, ce procédé comprenant au moins une étape intermédiaire de transmission par signal sonore. Selon l'invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte en réception une phase préalable de synchronisation de l'oscillateur durant laquelle est transmis par modulation en phase de la porteuse, un signal de synchronisation dont la forme à l'émission est prédéfminie, cette phase comprenant les étapes suivantes - le déverrouillage de la phase de l'oscillateur qui est laissée glissante, - la réception de la porteuse modulée par le signal de synchronisation, - la démodulation de la porteuse reçue par comparaison de sa phase avec celle du signal produit par l'oscillateur, de manière à obtenir un signal démodulé correspondant au signal de synchronisation, dont l'amplitude est variable, - 3 -2792793 - la détection des instants o l'amplitude du signal démodulé est maximum, et - le verrouillage de la phase de l'oscillateur à un instant o l'amplitude du signal de démodulé est maximum. Contrairement aux procédés de démodulation de phase connus, le procédé selon l'invention démodule le signal reçu, non pas en verrouillant la phase de l'oscillateur local sur celle de la porteuse reçue, mais en détectant les instants o le signal démodulé présente une amplitude maximum, et en verrouillant la phase de l'oscillateur à l'un de ces instants. Grâce à ces dispositions, le signal de transmission peut être démodulé, même s'il est très faible et fortement perturbé, ce qui est souvent le cas, lorsque la transmission utilise une ligne de téléphone reliant deux combinés téléphoniques, et comprend donc deux étapes intermédiaires de transmission du signal sous une forme sonore. Avantageusement, la détection des instants o l'amplitude du signal démodulé correspondant au signal de synchronisation est maximum comprend: - la détection d'un premier instant o le signal démodulé est maximum, et la mesure d'une caractéristique de ce signal à cet instant, et - la détection dans le signal démodulé d'une nouvelle occurrence du signal présentant la caractéristique mesurée, et mettant en évidence que l'amplitude du signal démodulé est à nouveau maximum, - le verrouillage de la phase de l'oscillateur étant effectué lorsque cette nouvelle occurrence est détectée. Selon une particularité de l'invention, la mesure d'une caractéristique du signal démodulé à un instant o l'amplitude de ce signal est maximum est effectuée en comparant cette amplitude à un seuil prédéterminé, de manière à obtenir un signal constitué d'impulsions comprenant une impulsion à chaque fois que le seuil est dépassé, et en mesurant la durée de chaque impulsion, l'amplitude du signal démodulé étant maximum lorsque la durée de l'impulsion est maximum. Selon une autre particularité de l'invention, le verrouillage de la phase de l'oscillateur est effectué au milieu de l'impulsion qui suit l'impulsion ayant sensiblement la durée maximum mesurée précédemment. Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une étape de contrôle de gabarit effectué sur le signal constitué d'impulsions, qui doit avoir une période -4 -2792793 sensiblement constante, les impulsions qui ne sont pas conformes à ce gabarit n'étant pas prises en compte pour la recherche d'une impulsion ayant une durée maximum. Comme précédemment mentionné, l'invention concerne également un dispositif de transmission par signaux sonores, pour la mise en oeuvre de ce procédé, ce dispositif comprenant un transducteur pour convertir le signal sonore reçu en un signal électrique, un oscillateur commandé en phase, un comparateur de phase permettant de démoduler le signal reçu en comparant sa phase avec celle de l'oscillateur, des moyens pour détecter les instants o l'amplitude du signal démodulé est maximum, des moyens pour commander le verrouillage de l'oscillateur à l'un de ces instants, et des moyens de mise en forme de signal pour mettre le signal démodulé en sortie du comparateur de phase sous la forme d'un signal numérique contenant les données transmises. Pour détecter les instants o l'amplitude du signal démodulé est maximum, ce dispositif comprend un comparateur à seuil pour comparer à un seuil prédéterminé le signal démodulé, des moyens pour mesurer la durée des impulsions en sortie du comparateur à seuil, l'amplitude du signal démodulé étant maximum lorsque la durée de l'impulsion est maximum. Un mode de réalisation du dispositif selon l'invention sera décrit ciaprès, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 représente schématiquement un dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention; La figure 2 montre sous la forme de chronogrammes la forme de signaux intermédiaires traités par le dispositif représenté sur la figure 1; La figure 3 représente un organigramme illustrant les différentes étapes du procédé selon l'invention pour synchroniser l'oscillateur; Les figures 4 et 5 représentent schématiquement deux exemples de réalisation d'une application du dispositif de transmission de signaux sonores selon l'invention, pour lire, et éventuellement modifier, à distance les informations mémorisées dans une carte à -5- puce. Sur la figure 1, le dispositif selon l'invention comprend un transducteur 11 capable de recevoir et d'émettre des signaux sonores. Ce transducteur, par exemple du type piézo-électrique, transforme le signal sonore reçu en un signal électrique qui est appliqué à l'entrée d'un amplificateur 12 à gain élevé, le signal ainsi amplifié est filtré au moyen d'un filtre passe- bande 13 accordé sur la fréquence de la porteuse des signaux à recevoir. Le signal filtré est appliqué à une entrée d'un comparateur de phase 15 dont l'autre entrée est reliée à la sortie d'un oscillateur 14 commandé en phase. La sortie du comparateur de phase est reliée à l'entrée d'un filtre passe-bas 15 destiné à filtrer les parasites du signal en sortie du comparateur de phase. Le signal en sortie du filtre 15 est amplifié au moyen d'un second amplificateur 17 dont le signal de sortie est appliqué d'une part à un comparateur 19 avec une tension de référence Vref, et d'autre part à un circuit 18 de mise en forme, par exemple du type trigger de Schmitt ou comparateur à hystérésis. Ce dispositif comprend par ailleurs un processeur 10, par exemple du type microcontrôleur, qui reçoit les signaux de sortie du comparateur 19 et du circuit 18, commande le verrouillage de la phase de l'oscillateur 14, reçoit par une entrée 20 les données à émettre, et transmet par une sortie 21 les signaux reçus, et applique un signal contenant les données à émettre à l'entrée d'un modulateur 22. Ce processeur est commandé par un programme stocké dans une mémoire non volatile 9, par exemple de type ROM, et utilise une mémoire volatile 8, par exemple de type RAM, comme mémoire de travail pour le stockage temporaire de données. On peut prévoir que la mémoire volatile 8 comprend une ou plusieurs zones gérées en piles, par exemple du type FIFO, dans lesquelles sont stockées temporairement les données à émettre ou reçues. Le modulateur 22 qui effectue une modulation de phase comprend une autre entrée sur laquelle est appliqué le signal de la porteuse qui est produite par l'oscillateur 14, la sortie du modulateur étant reliée à une entrée du transducteur 11. Le signal contenant les données à émettre appliqué par le processeur 10 à l'entrée du modulateur 11, est par exemple du type biphase différentiel ou Manchester. Selon ce type, un bit à 0 peut être codé par deux changements de phase, tandis - 6 - 2792793 qu'un bit à 1 est codé par un changement de phase. La durée d'un bit est donc fixe, et choisie par exemple égale à 7,8125 ms, ce qui correspond à un débit de transmission de 128 bit/s. Le modulateur 11 qui peut être réalisé au moyen d'une porte OU EXCLUSIF, module la phase de la porteuse produite par l'oscillateur 14, en fonction du signal contenant les données, émis par le processeur 10. La fréquence de la porteuse est choisie dans la bande des fréquences transmises par le téléphone, par exemple 2048 Hz. Dans ces conditions, le signal de transmission d'une séquence de bits à 0 comporte un changement de phase tous les huit cycles de porteuse. Le transducteur 11 est destiné à être couplé à un combiné 5 d'un téléphone, si bien que les signaux reçus et reproduits sous forme sonore par le haut-parleur du combiné peuvent être très faibles. Par ailleurs, comme le moyen de transmission utilisé est le téléphone, et que les transducteurs bon marché ne sont pas accordés, présentent des caractéristiques variables, mêmes s'ils sont issus de la même fabrication, et ne peuvent pas être utilisés pour effectuer une transmission par modulation de phase avec une fréquence élevée d'inversions de phase (une inversion tous les huit cycles de porteuse), le signal reçu est fortement perturbé. Il n'est donc pas possible de caler l'oscillateur 14 sur la phase du signal reçu pour en effectuer la démodulation. Le procédé selon l'invention parvient à résoudre ce problème en prévoyant une phase de synchronisation pendant laquelle on transmet un signal de synchronisation constitué d'une série de bits ayant la même valeur. Les bits de ce signal de synchronisation sont de préférence à 0, pour appliquer au transducteur 1 1 des inversions de phase à fréquence élevée, ceci de manière à éviter un phénomène de rémanence qui se produit au niveau de la phase du transducteur qui a tendance à osciller indépendamment du signal sonore qui lui est appliqué. Lors de cette phase de synchronisation, les variables de calcul sont initialisées (étape 30), et la phase de l'oscillateur 14 est déverrouillée par le processeur 10 (étape 31). Ainsi, le signal de sortie du comparateur de phase 15 qui permet de démoduler le signal reçu, se présente sous la forme d'ondulations dont l'amplitude est variable, par exemple entre 0 et 5 V, et maximum lorsque le signal en sortie de l'oscillateur est en phase avec le signal reçu, sa valeur maximum étant sensiblement constante. La forme de ce signal est illustrée par la courbe C 1 de la figure 2. 7 -2792793 Le signal démodulé, issu du comparateur de phase 15, après filtrage et amplification, est comparé à un seuil Vref, par exemple de l'ordre de 100 mV à quelques centaines de mV, par le comparateur 19. Le signal de sortie du comparateur 19 est illustré par la courbe C2 sur la figure 2, en correspondance avec la courbe CI. Ce signal est constitué d'impulsions qui coïncident avec les moments o le signal appliqué en entrée du comparateur 19 est inférieur au seuil Vref. Le processeur 10 qui reçoit le signal de sortie du comparateur 19 effectue un contrôle de gabarit des impulsions de ce signal, en mesurant la durée t, des impulsions reçues (étape 32) et la durée to entre celles-ci (étape 33), et en vérifiant que la période de ce signal, évaluée par le calcul de la somme ti + to, correspond sensiblement (par exemple à 10% près) à la durée d'un bit, soit 7,8125 ms (étape 34). Si l'impulsion satisfait au gabarit, le processeur recherche les impulsions les plus larges qui correspondent aux instants o l'oscillateur 14 est en phase avec le signal reçu (étapes 35 et 36). Lorsqu'une impulsion satisfait au gabarit d'un bit, le processeur compare sa durée th avec une durée d'impulsion tlrax (étape 35) qui a été mémorisée précédemment et mémorise cette durée t, en remplacement de la durée tlmax (étape 36), si elle est plus grande. Il est à noter que cette durée t, correspond à l'amplitude du signal démodulé, illustré par la courbe C 1. Comme l'oscillateur 14 dérive en permanence, la durée t, de ces impulsions évolue d'une manière sensiblement sinusoïdale, si bien que lorsque la durée t, d'impulsions successives qui satisfont au gabarit d'un bit, a augmenté pour atteindre la durée tlmax mémorisée en dernier, puis diminué (étape 37), le processeur passe à une étape de recherche d'une impulsion de durée sensiblement égale à celle qui a été mémorisée comme étant la plus grande. A cet effet, comme précédemment, il mesure les durées t, et to des impulsions reçues (étapes 38 et 39) et vérifie que ces impulsions satisfont au gabarit (étape 40). Si le gabarit est satisfait, il compare les durées tl mesurées à la valeur tllaax qui a été mémorisée au cours des étapes 32 à 36. Dès qu'une impulsion ayant sensiblement la durée ttlmax est détectée, soit environ 200 ms plus tard, le processeur détecte le front montant de l'impulsion suivante (étape 42), et lorsque la moitié du temps tlmax mémorisé s'est écoulée depuis la détection du front montant de l'impulsion suivante (étape 43), il verrouille la phase de l'oscillateur 14 (étape 44). De cette - 8 - 2792793 manière, l'oscillateur est verrouillé sur le maximum des impulsions du signal reçu et démodulé. Si l'on l'établit la durée du signal de synchronisation à 500 ms, ce qui correspond à une série de 64 bits à 0, on est assuré que l'oscillateur 14 peut être synchronisé par le processeur 10. Lorsque l'oscillateur 14 est verrouillé, la phase de synchronisation est terminée. Le signal en sortie du comparateur de phase correspond alors au signal transmis et démodulé d'une manière correcte, ce signal étant mis en forme par le trigger 18 pour obtenir un signal binaire calibré contenant les données transmises, puis appliqué à une entrée du processeur 10. Les données ainsi reçues par le processeur peuvent être stockées temporairement dans une pile de réception gérée dans la mémoire volatile 8, avant d'être envoyées sur la sortie 21. En émission, les données à émettre sont par exemple appliquées sur l'entrée 20 du processeur 10. Elles peuvent ensuite être stockées temporairement dans une pile d'émission gérée dans la mémoire volatile 8, avant d'être envoyées sous forme série sur l'entrée des données du modulateur 22. Préalablement, le processeur verrouille la phase de l'oscillateur 14 qui produit ainsi une porteuse dont la phase est modulée par le modulateur en fonction du signal contenant les données produit par le processeur. Le signal en sortie du modulateur est appliqué au transducteur 11 pour être converti en un signal sonore qui peut être reçu et transformé en un signal électrique par le microphone d'un combiné téléphonique. On peut prévoir de répartir les données à transmettre en trames, par exemple de 64 bits, et de réémettre le signal de synchronisation périodiquement, de manière à permettre au dispositif récepteur de se synchroniser à nouveau, pour tenir compte des dérives qui peuvent se produire au niveau du transducteur émetteur ou récepteur. D'une manière connue en soi, pour garantir la validité des données ainsi transmises, on peut également prévoir d'intégrer dans les trames des bits de contrôle, tels que des bits de parité et des sommes de contrôle. Lorsque le dispositif récepteur a reçu une trame correcte, il envoie un message d'accusé de réception au dispositif émetteur, qui peut alors envoyer la trame de données suivante. Si le dispositif émetteur ne reçoit pas d'accusé de réception dans un laps de temps prédéterminé, il réémet la trame qu'il vient de transmettre, jusqu'à ce qu'il reçoive un message d'accusé de réception. Dans une application préférée du dispositif selon l'invention représentée sur la figure 4, les liaisons 20 et 21 du dispositif de transmission 50 selon l'invention sont raccordées à un dispositif 51 de lecture, et éventuellement d'écriture, d'une carte 1 à puce 2, avec ou sans contact. Un tel dispositif de lecture et d'écriture est, d'une manière connue, conçu pour alimenter la puce 2, et échanger avec celle- ci des données numériques qui sont stockées dans une mémoire intégrée à la puce 2. Dans le cas d'une puce sans contact, l'alimentation de la puce et la transmission de données avec celle-ci sont effectuées par exemple par induction. Sur cette figure, le dispositif de transmission 50 échange des données par signaux sonores avec des moyens transducteurs, tels qu'un combiné téléphonique 5, lesquels sont reliés par une liaison de télécommunication telle qu'un réseau téléphonique 53, par exemple le réseau téléphonique commuté ou un réseau de radiotéléphonie cellulaire, à un terminal distant 52, à partir duquel sont effectuées à distance la lecture et/ou la mise à jour des données stockées dans la puce 2. Bien entendu, comme représenté sur la figure 5, on peut utiliser un second dispositif de transmission 50' par signaux sonores selon l'invention, et des seconds moyens transducteurs, par exemple un second combiné téléphonique 5', pour transmettre dans les deux sens les données échangées entre le terminal 52 et la liaison téléphonique 53. - 10- 2792793 REVENDICATIONS 1. Procédé de transmission de données par modulation en phase d'une porteuse générée par un oscillateur (14) commandé en phase, ce procédé comprenant au moins une étape intermédiaire de transmission par signal sonore, caractérisé en ce qu'il comporte en réception une phase préalable de synchronisation de l'oscillateur (14) durant laquelle est transmis par modulation en phase de la porteuse un signal de synchronisation dont la forme à l'émission est prédéfinie, cette phase comprenant les étapes suivantes: - le déverrouillage (31) de la phase de l'oscillateur (14) qui est laissée glissante, - la réception du signal de synchronisation, - la démodulation du signal reçu par comparaison de sa phase avec celle du signal produit par l'oscillateur, de manière à obtenir un signal démodulé correspondant au signal de synchronisation, dont l'amplitude est variable, - la détection (32 à 36) des instants o l'amplitude du signal démodulé est maximum, et - le verrouillage (44) de la phase de l'oscillateur à un instant o l'amplitude du signal démodulé est maximum. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection des instants o l'amplitude du signal démodulé est maximum comprend: - la détection d'un premier instant o le signal démodulé est maximum, et la mesure d'une caractéristique de ce signal à cet instant, et - la détection (38 à 41) dans le signal démodulé d'une nouvelle occurrence du signal présentant la caractéristique mesurée, et mettant en évidence que l'amplitude du signal démodulé est à nouveau maximum, - le verrouillage de la phase de l'oscillateur étant effectué lorsque cette nouvelle occurrence est détectée. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la mesure d'une caractéristique du signal démodulé à un instant o l'amplitude de ce signal est maximum est effectuée en comparant cette amplitude à un seuil prédéterminé, de manière à obtenir un signal constitué d'impulsions comprenant une impulsion à chaque fois que le seuil est dépassé, et en mesurant (32) la durée de chaque impulsion, l'amplitude du signal démodulé étant maximum lorsque la durée de l'impulsion est maximum. - 1 1- 2792793 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape (34) de contrôle de gabarit effectué sur le signal constitué d'impulsions, qui doit avoir une période sensiblement constante, les impulsions qui ne sont pas conformes à ce gabarit n'étant pas prises en compte pour la recherche d'une impulsion ayant une durée maximum. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le verrouillage de la phase de l'oscillateur est effectuée au milieu de l'impulsion qui suit l'impulsion ayant sensiblement la durée maximum mesurée précédemment. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les données transmises sont codées en biphase différentiel, un bit étant codé par un ou deux changements de phase, le signal de synchronisation contenant une séquence de bits codés par deux changements de phase. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un transducteur (11) pour convertir le signal sonore reçu en un signal électrique, un oscillateur (14) commandé en phase, un comparateur de phase (15) permettant de comparer la phase du signal reçu avec celle de l'oscillateur, des moyens pour détecter les instants o l'amplitude du signal démodulé est maximum, des moyens (10) pour commander le verrouillage de l'oscillateur à l'un de ces instants, et des moyens de mise en forme (18) pour mettre le signal démodulé en sortie du comparateur de phase sous la forme d'un signal numérique contenant les données transmises. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que pour détecter les instants o l'amplitude du signal démodulé est maximum, ce dispositif comprend un comparateur à seuil (19) pour comparer le signal démodulé à un seuil prédéterminé (Vref), des moyens (10) pour mesurer la durée des impulsions en sortie du comparateur à seuil, le signal démodulé étant maximum lorsque la durée de l'impulsion est maximum. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend un processeur (10) qui commande le verrouillage - 12- de la phase de l'oscillateur, et qui effectue la détection des instants o l'amplitude du signal démodulé est maximum. 10. Système pour la lecture et/ou la mise à jour à distance de données mémorisées par une puce avec ou sans contact, montée sur un support, comprenant un dispositif de lecture (51), et éventuellement d'écriture, pour échanger des données avec une puce (2) avec ou sans contact avec laquelle il est en liaison, caractérisé en ce que le dispositif de lecture (51) est connecté à un dispositif de transmission (50) par signaux sonores, selon l'une des revendications 7 à 9, lequel est couplé à des moyens transducteurs sonores (5) connectés par une liaison filaire ou radioélectrique (53) à un terminal distant (52), les données échangées avec la puce étant transmises entre le terminal (52) et le dispositif de lecture (51) par l'intermédiaire du dispositif de transmission (50), des moyens transducteurs (5) et de la liaison filaire ou radioélectrique (53). 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que le terminal distant (52) est couplé à la liaison filaire ou radioélectrique (53) par l'intermédiaire d'un second dispositif de transmission (50') par signaux sonores et des seconds moyens transducteurs sonores (5').