Brevet FR2830997A1 — publié le 20030418

L'invention concerne un procédé de contrôle de gain pour récepteur radio ayant à capter des signaux correspondant à des paquets de données numériques qui sont transmis par rafales. Elle concerne aussi un récepteur agencé pour permettre l'exploitation de ce procédé. Dans le domaine des transmissions sans fil et en raison des possibilités de positionnement relatif entre émetteur et récepteur, une très large plage dynamique de puissance reçue peut avoir à être exploitée. Ceci est notamment le cas lorsqu'un émetteur est exploité en liaison avec des récepteurs mobiles et que cet émetteur est réglé en puissance pour permettre à un récepteur éloigné de recevoir avec une puissance suffisante lorsqu'il se trouve dans des conditions peu favorables, par exemple en limite de zone de couverture, ce qui peut conduire à ce que la réception s'effectue à forte puissance pour un récepteur situé à proximité de l'émetteur. Le bon fonctionnement d'un récepteur avec une large plage de niveau de puissance en réception peut être difficile à obtenir, en particulier dans le cas d'un récepteur recevant des signaux correspondant à des paquets de données transmis par rafales. 1! est alors nécessaire que le récepteur soit capable de déceler sans faute l'arrivée d'un préambule de rafale qui caractérise l'arrivée de paquets. Il faut donc qu'il soit capable d'ajuster rapidement son gain, afin de pouvoir prendre en compte les paquets qui suivent le préambule d'une rafale et qui constituent la partie utile de cette rafale, quelle que soit la puissance des signaux reçus à 1'intérieur d'une plage de réception prédéterminée. Il est connu des récepteurs qui disposent d'un contrôleur automatique de gain agissant sur le niveau des signaux analogiques qui sont obtenus à partir des signaux reçus par voie radio et qui sont ensuite convertis sous forme numérique pour exploitation. Selon une forme de réalisation connue, la mesure du niveau des signaux reçus s'effectue au cours du préambule contenu par des signaux correspondant à une rafale de paquets et la correction est effectuée pendant que le reste de la rafale est reçu. 11 existe donc un risque que les signaux soumis à conversion analogique/numérique soient dégradés et que le résultat de la conversion soit erroné. L'invention propose donc un procédé de contrôle de gain pour récepteur ayant à capter des signaux correspondant à des paquets de données numériques qui sont transmis par rafales, ledit récepteur comportant des moyens de réglage de gain permettant d'agir sur le niveau des signaux analogiques obtenus à partir des signaux captés, avant conversion de ces signaux analogiques sous forme numérique. Ce procédé est destiné à être appliqué dans un système o il est prévu que chaque rafale comporte un préambule dont le début, identique pour toutes les rafales, commence par deux séries déterminées de symboles détectables et que les symboles apparaissent l'un à la suite de l'autre à un rythme déterminé en sortie des moyens de conversion. Selon une caractéristique de l'invention, le procédé prévoit successivement: - un pré-réglage du gain à un niveau d'attente élevé permettant de prendre en compte jusqu'aux signaux les plus faibles prévus de la plage de réception fixée pour le récepteur, ce pré-réglage étant effectué suite à la fin de réception d'une rafale et en attente d'un réglage de gain dont la réalisation est prévue à la réception d'une suite déterminée de symboles de début de préambule d'une nouvelle rafale par le récepteur; - un réglage du gain, en fonction d'une valeur de puissance du signal déterminée à partir des symboles de début de préambule tels qu'obtenus après conversion, ce réglage, conditionné par la reconnaissance au début d'une nouvelle rafaie d'au moins une suite de symboles faisant partie des deux séries qui figurent systématiquement au début d'un préambule de rafale, étant commandé pour être réalisé au cours d'un temps prévu pour un symbole qui fait partie d'une desdites séries o il succède aux symboles constituant une suite reconnue. L'invention propose aussi un récepteur, pour signaux radio correspondant à des paquets de données numériques transmis par rafales, qui est doté d'un sous-ensemble analogique de capture de signaux relié à un sous- ensemble numérique de traitement par l'intermédiaire de moyens de conversion de signaux analogiques en signaux numériques Ce récepteur dispose de moyens lui permettant de détecter l'apparition de signaux correspondant à un préambule de rafale et de moyens de contrôle de gain lui permettant d'agir sur des moyens d'amplification à gain réglabie pour modifier la puissance des signaux fournis aux moyens de conversion à partir des signaux des rafales qui sont captés Selon une caractéristique de l'invention, il comporte spécifiquement- des moyens pour exploiter les symboies apparaissant successivement en sortie des moyens de conversion à un rythme fixé par un circuit d'horloge du récepteur. Ces moyens d'exploitation sont prévus, d'une part, à des fins de reconnaissance d'un préambule de rafale à son arrivée et, d'autre part, à des fins de détermination de la puissance des signaux appliqués en entrée des moyens de conversion. Cette détermination s'effectue à partir des premiers symboles apparaissant successivement en sortie des moyens de conversion, lorsque ces symboles correspondent à ceux prévus en début de préambule de rafale. Le récepteur comporte des moyens permettant de modifier le gain réglable des moyens d'amplification, en fonction de la puissance déterminée pour une suite reconnue de symboles de préambule et en un temps déterminé prévu pour un symbole qui succède immédiatement au temps prévu pour le dernier symbole de la suite reconnue. Selon une caractéristique additionnelle du récepteur selon l'invention, celui-ci comporte, en sortie des moyens de conversion, des moyens de reconnaissance de préambule. de rafale effectuant des corrélations au niveau d'au moins une des séries successives de symboles d'un début de préambule de rafale et sur les premiers symboles de chaque série traitée, ainsi que des moyens de détermination de puissance effectuant un calcul d'élévation au carré pour les valeurs numériques correspondant aux symboles soumis à corrélation. L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec les figures évoquées ci-dessous. La figure 1 présente un schéma synoptique d'un exemple de récepteur de signaux transmis par voie radio qui est prévu pour recevoir des paquets de données transmis par rafales et pour mettre en _uvre le procédé de contrôle automatique de gain selon l'invention La figure 2 est un diagramme o sont partiellement schématisées une succession de symboles caractéristiques d'un début de préambule de rafale et les opérations effectuées pour exploiter cette succession en appliquant le procédé de contrôle automatique de gain selon l'invention. La figure 3 est un diagramme relatif au réglage de gain réalisé dans le cas de signaux reçus de grande puissance. La figure 4 regroupe deux diagrammes relatifs aux réglages de gain réalisés, I'un dans le cas de signaux reçus de faible puissance èt l'autre de signaux reçus dont la puissance est comprise entre les signaux de grande puissance et ceux de faible de puissance. L'exemple de récepteur de signaux 1 qui est schématisé sur la figure 1, comporte une antenne 2 que le récepteur exploite pour capter des signaux correspondant à des paquets de données émis par rafales par un émetteur, non représenté, à portée radio duquel il est supposé situé. Les signaux captés par l'antenne 2 pour le récepteur sont transmis à un sous- ensemble de moyens analogiques 3 qui permettent d'extraire les signaux utiles, qui ont servi à la transmission des paquets de données de lS l'ensemble de signaux captés par l'antenne, et de les amener à un niveau de puissance entrant dans la gamme des signaux de puissance que le récepteur est capable d'exploiter. Le sous-ensemble 3 comprend notamment des moyens de filtrage 4 et des moyens de réglage de puissance 5, ici respectivement symbolisés par un filtre d'entrée et par un étage amplificateur dont le gain est contrôlable. Ces moyens sont placés en série entre l'antenne et des moyens de conversion 7 de signaux analogiques en signaux numériques qui assurent l'interface entre le sous- ensemble de moyens analogiques 3 du récepteur et un sous-ensemble de moyens numériques 8 prévu dans ce récepteur en vue de l'exploitation des signaux utiles reçus. Ce sous-ensemble de moyens numériques comprend notamment des moyens 9 pour détecter l'arrivée d'une rafale de paquets, des moyens 10 pour déterminer la puissance des signaux reçus à cette occasion 11 comporte aussi des moyens de traitement 11 qui permettent d'exploiter les indications de puissance fournies par les moyens 10, à détection de l'arrivée d'une rafale par les moyens 9, pour agir sur les moyens de réglage de puissance 5 de manière que les moyens de conversion 7 reçoivent des signaux dont la puissance est dans la gamme de puissance qu'ils admettent. Les moyens de traitement 11 sont supposés associer, d'une manière connue, une logique de traitement et un circuit d'horloge qui est prévu pour se synchroniser sur les signaux que reçoit le récepteur. s Selon l'invention et ainsi que montré en liaison avec la figure 2, il est prévu d'assurer un contrôle automatique de gain, lors de la réception d'une rafale de paquets de données par un récepteur. Ce contrôle est obtenu en exploitant le préambule qui est émis en tête de rafale et en commandant les moyens de réglage de puissance 5 que comporte ce récepteur en des temps déterminés, pendant la réception de ce préambule. Le contrôle automatique de gain, pour récepteur selon l'invention, implique que les signaux qui sont captés par l'intermédiaire de l'antenne du récepteur soient transmis par rafales et que chaque rafale comporte un préambule dont le début est identique pour toutes les rafales. Le début de rafale commun, ici envisagé, comporte deux parties caractéristiques A et B. chaque partie étant composée d'une série de cinq symboles. Ces symboles sont constitués de signaux élémentaires modulés en quadrature sur un nombre réduit de porteuses, dites orthogonales. Dans le cas d'un préambule selon la norme Hiperlan 2/lEEE 802.11, la première des deux séries envisagées ci-dessus comporte un même symbole A en première et en troisième position ainsi qu'un symbole -A dans les positions deux, quatre et cinq. La seconde série qui suit, dans le cas du même exemple, comporte alors un même symbole B dans les quatre premières positions et un symbole -B en cinquième position. Une troisième partie caractéristique C suit classiquement les deux parties A et B en début de préambule, elle n'est pas développée ici dans la mesure o elle n'est pas exploitée dans le cadre du procédé de contrôle de gain selon l'invention. Les symboles constituant le préambule et les paquets de données transmis dans le cadre d'une rafale sont successivement fournis par les moyens de conversion 7 au rythme d'un symbole correspondant à seize échantillons pa r temps ts de 800 nanosecond es dans le cas d'un préambule organisé et exploité dans les conditions prévues par la norme définie plus haut. L'exploitation d'un tel préambule par un récepteur, pour permettre la prise en compte des paquets de données qui succèdent à ce préambule, est rendue difficiie dans le cas d'un récepteur de réseau sans fil qui doit pouvoir capter les signaux d'une rafale, quelle que soit leur puissance dans une gamme de puissances étendue et par exemple entre - 20 et -9OdB, en partant d'un niveau ou aucun signal n'est reçu. Or avec les techniques actuelles, les signaux fournis par l'intermédiaire des moyens de réglage de puissance 5 aux moyens de conversion 7, pour mise sous forme numérique, doivent avoir un niveau de puissance compris dans une gamme beaucoup plus restreinte, par exempie de -10 à -25 dB, pour pouvoir être exploités. S Comme il est nécessaire de détecter les préambules de rafales, même si le niveau de puissance des signaux qui les constituent est en bas de la gamme de puissance admise, selon l'invention, il est donc prévu un pré- réglage du gain à un niveau de puissance d'attente élevé qui soit suffisant pour permettre au récepteur de prendre en compte jusqu'aux lO signaux les plus faibles prévus dans la plage de réception fixée pour le récepteur. Ce pré-réglage est appl iqué in itialement, pu is dès la fin d'u ne rafale. Il est maintenu en attente d'un réglage de gain dont la réalisation est prévue à réception d'une suite de premiers symboles se situant au début du préambule d'une rafale nouvelle. 1S La détection d'un préambule de rafale nouvelle est réalisée par l'intermédiaire de moyens de corrélation du récepteur et en liaison avec le circuit d'horloge de ce récepteur. Dans une forme de réalisation relative à un préambule dont le début commence par deux séries de cinq symboles, comme envisagé ci-dessus, une première recherche d'autocorrélation maximale peut être réalisée à partir de la suite des quatre premiers symboles de la première série de cinq symboles. En effet, la multiplication des trois premiers symboles de cette première suite par les trois derniers symboles de cette même première suite correspond à une valeur maximale d'autocorrélation qui doit approcher -1, si les symboles reçus correspondent bien à ceux qui sont prévus au niveau de la première série de symboles d'un préambule normalisé, tel que défini plus haut. Comme, le dernier symbole d'une telle première série reçue n'est pas utilisé pour la reconnaissance, il est donc prévu d'exploiter le temps de symbole ts qui lui correspond pour effectuer un réglage de gain en fonction de la détermination de niveau de puissance que permet la réception des symboles qui sont exploités pour l'opération de corrélation. Dans une forme de préférée de réalisation, cette détermination de puissance est réalisée par calcul à partir des symboles fournis sous forme de signaux numériques par les moyens de conversion 7, ce calcul se traduisant par une simple élévation au carré des valeurs numériques correspondant aux symboles pris en compte. Dès qu'une première opération de corrélation, se fondant sur une suite de quatre symboles nouvellement reçus après la fin d'une rafale, permet de déterminer qu'ils correspondent à une première suite de préambule d'une nouvelle rafale, il est prévu de réaliser un premier régiage de gain, S susceptible de n'être qu'approché, en exploitant le temps de symbole ts5 suivant celui qui est prévu pour le quatrième symbole de la première suite dont les temps de symboles sont référencés de ts1 à ts4 sur la figure 2. Lorsque le niveau de puissance déterminé pour les symboles reçus en début de rafale est élevé à un point tel que les signaux reçus s'en trouvent tronqués, il est prévu d'agir sur les moyens de réglage 5 pour réduire le gain à une valeur pour laquele les signaux reçus ne sont plus tronqués. Un exemple d'un tel réglage est illustré sur la figure 3 dans un cas o la plage o se situent les signaux captés par l'antenne 2 est comprise entre +5 et +35 dB, alors que la plage admissible en entrée des moyens de conversion 7 est comprise entre -25 et -10 dB, comme symbolisé par un trait épais au niveau des trois axes verticaux de référence. Une réduction de gain d'ici -35dB est réalisée au cours d'une première phase de réglage, si une corrélation de niveau -1 a pu être trouvée à partir des quatre premiers symboles reçus qui sont susceptibles de faire partie d'une rafale arrivante. Comme indiqué ci-dessus, la commande de réduction de gain est réalisée au cours du temps de symbole ts5 relatif au cinquième symbole et donc en un temps o il n'est pas prévu de signaux correspondant à des données utiles, de manière à éliminer les risques de variation de niveau de puissance du fait du récepteur en cours de réception des paquets de données d'une rafale. Le réglage de gain qui est réalisé peut éventuellement permettre d'atteindre directement un niveau de gain approprié, toutefois ce niveau n'est pas nécessairement atteint et le réglage réalisé au cours d'une telle première phase n'est alors qu'approché. Si par contre, le niveau de puissance déterminé pour les symboles reçus en début de rafale est faible et, par exemple, dans une plage comprise entre -35 et -20dB, le premier réglage de gain est réalisé pour permettre d'amener le niveau de puissance des signaux appliqués aux moyens de conversion 7 dans la plage d'entrée prévue pour ces moyens. Dans l'exemple illustré par les traits continus sur la figure 2, les signaux reçus au niveau antenne dans la plage -35 à -20dB, sont amplifiés de manière à être situés dans la plage d'entrée -25 à -10dB. Une réduction de plage est éventuellement réalisée pour les signaux dont la puissance est comprise dans une gamme intermédiaire entre signaux de forte puissance et signaux de faible puissance. Elle est illustrée par les tracés en pointillés qui symbolisent une réduction de gain correspondant à -10dB pour des signaux dont le niveau est de +5dB et une augmentation de gain correspondant à +10dB pour des signaux dont le niveau est de - dB. Dans la mesure o il n'est pas toujours possible d'amener directement le niveau de puissance des signaux reçus à un niveau pour lequel ces signaux sont dans la plage d'entrée prévue pour les moyens de conversion 7, il est prévu une seconde phase pour permettre d'affiner le réglage obtenu à l'issue de la première phase de réglage. Selon l'invention, le début de cette phase de réglage affiné est conditionnée par la réussite d'une seconde recherche d'autocorrélation maximale qui est réalisée au niveau d'une seconde suite composée des quatre premiers symboles de la série de cinq symboles qui succède aux cinq symboles d'une première série reçue au début d'une nouvelle rafale. La multiplication des trois premiers symboles de la seconde suite, c'està- dire des symboles reçus aux rangs 6 à 8, par les trois derniers symboles de cette seconde suite, c'est-à. dire des symboles reçus aux rangs 7 à 9, doit alors correspondre à une valeur maximum d'autocorrélation qui doit approcher +1, si les symboles reçus correspondent bien à ceux qui sont prévus au niveau de la seconde série du préambule normalisé, tel qu'envisagé plus haut. 11 est prévu d'exploiter le temps de symbole ts10 qui correspond au dernier symbole de la seconde série du préambule normalisé pour effectuer le réglage affiné de gain. Ce réglage est réalisé en fonction de la détermination de niveau de puissance permise par la réception des symboles de la seconde suite qui sont exploités pour la seconde corrélation. De même que précédemment, le choix du temps de réglage qui est réalisé permet d'éliminer les risques de variation de niveau de puissance du fait du récepteur en cours de réception des paquets de données d'une rafale. Un ajustement précis à un niveau de puissance prévu à l'avance, tel que couramment défini en temps que niveau prévu de repli de puissance (ou " backoff"), est alors possible à obtenir en entrée des moyens de conversion 7 au cours d'une phase de réglage affiné, telle que définie ci dessus. Ceci est facilité par le fait que la phase de réglage approché a permis de délimiter une plage de niveau de puissance proche de la plage d'entrée prévue pour les moyens de conversion. Dans l'exemple illustré sur la figure 3, la phase de réglage affiné a pour S objectif d'atteindre un niveau prévu de repli de puissance correspondant à la limite supérieure de la plage d'entrée soit -10dB. Un tel objectif est susceptible d'être atteint après un premier réglage ayant permis de ramener les signaux dans une plage de O à -30dB, qui tient compte des variations pouvant aller jusqu'à bdB en valeur positive ou négative, éventuellement causées par les variations de température, le vieillissement, les disparités de gain statique, etc. Il implique une possibilité de correction entre -15 et +15dB qui permette de fixer la plage de puissance à l'entrée des moyens de conversion entre -10dB et15dB dans l'exemple présenté et comme schématisé par les tracés continus. La 1S plage théorique est illustrée par les tracés en tireté et aurait conduit à atteindre la valeur prévue de backofffixée à -10dB. Les tracés continus et en pointillé, présentés sur la figure 4, montrent respectivement que, dans l'exemple envisagé, le premier réglage n'a pas à être modifié pour que les signaux faibles soient dans la plage d'entrée des moyens de conversion et que, autrement, un réglage.affiné permet d'atteindre la valeur prévue de backoff par une correction supplémentaire comprise entre -5 et +5dB. RE\IENDICATIONS 1/ Procédé de contrôle de gain pour récepteur (1) ayant à capter des signaux correspondant à des paquets de données numériques qui sont transmis par rafales, ledit récepteur comportant des moyens de réglage de gain (5) permettant d'agir sur le niveau des signaux analogiques obtenus à partir des signaux captés, avant conversion de ces signaux analogiques sous forme numérique, lorsque chaque rafale comporte un préambule dont le début, identique pour toutes les rafales, se traduit par deux séries déterminées de symboles, et qu'il est prévu un rythme l0 d'horloge pour la transmission successive des symboles à des temps déterminés après conversion, caractérisé en ce qu'il prévoit successivement: - un préréglage du gain à un niveau d'attente élevé permettant de prendre en compte jusqu'aux signaux les plus faibles prévus de la plage de réception fixée pour le récepteur, ce pré-réglage étant effectué suite à la fin de réception d'une rafale et en attente d'un réglage de gain dont la réalisation est prévue à la réception d'une suite déterminée de symboles de début de préambule d'une nouvelle rafale par le récepteur; - un réglage du gain, en fonction d'une valeur de puissance du signal déterminee à partir des symboles de début de préambule, tels qu'obtenus après conversion, ce réglage, conditionné par la reconnaissance au début d'une nouvelle rafale d'au moins une suite de symboles faisant partie des deux séries qui figurent systématiquement au début d'un préambule de rafale, étant commandé pour être réalisé au cours d'un temps prévu pour un symbole qui fait partie d'une desdites séries o il succède aux symboles constituant une suite reconnue. 2/ Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réglage du gain est effectué en deux phases conditionnées par la reconnaissance, en début de rafale, de deux suites qui figurent systématiquement, I'une dans une première des deux séries de symboles prévues en début d'un préambule de rafale et l'autre dans la seconde de ces deux séries, - la première phase, conditionnée par la reconnaissance de la première des deux suites, se traduisant par un réglage le plus souvent approché de gain à un niveau pour lequel sont obtenus, soit des signaux non tronqués, lorsque les signaux venant d'être reçus ont été déterminés comme étant tronqués en raison de leur puissance excessive, soit des signaux aux environs d'un niveau prévu de repli de puissance choisi à l'avance, si les signaux venant d'être reçus sont déterminés comme faibles; - une seconde phase, effectuée suite à la reconnaissance de la seconde S des deux suites, se traduisant par un réglage affiné du gain jusqu'au niveau prévu de repli de puissance, le réglage correspondant à chacune de ces deux phases étant commandé pour être réalisé au cours d'un temps de la succession de temps de symbole qui est prévu pour un symbole succédant aux symboles constituant la suite, cause du réglage, dans la série de symboles o cette suite est contenue. 3/ Procédé, selon la revendication 2, caractérisé en ce que, le réglage approché du gain y est effectué à reconnaissance, parmi les premiers 1S symboles reçus, d'une suite constituée des quatre premiers symboles d'une première série de cinq dans un préambule de rafale et en ce que le réglage affiné y est effectué à reconnaissance d'une suite, constituée de quatre symboles d'une seconde série de cinq qui suit la première série dans le même préambule de rafale, le réglage approché étant effectué pendant le temps imparti au.dernier des cinq premiers symboles de première série, le réglage affiné étant effectué pendant le temps imparti au dernier des cinq symboles de la seconde série. 4/ Procédé, selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la détermination des puissances est effectuée à partir des signaux nu mériques obten us pa r conversion des sig naux analog iques, par élévation au carré des valeurs numériques correspondant à ces signaux numériques. 5/ Procédé, selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la reconnaissance des deux suites prévues dans les deux premières séries de symboles du préambule d'une rafale est réalisée par corrélation pour chacune des suites. 6/ Récepteur, pour signaux radio correspondant à des paquets de données numériques transmis par rafales, doté d'un sous-ensemble analogique de capture de signaux (3) relié à un sous-ensemble numérique de traitement (8) par l'intermédiaire de moyens de conversion de signaux analogiques en signaux numériques (7), led it récepteur disposant de moyens (9) lui permettant de détecter l'apparition de signaux correspondant à un préambule de rafale, de moyens de contrôle de gain (11) lui permettant d'agir sur des moyens d'amplification à gain réglable (5) pour modifier la puissance des signaux fournis aux moyens de conversion à partir des signaux des rafales qui sont captés, caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens (9, 10) pour exploiter les symboles apparaissant successivement en sortie des moyens de conversion à un rythme fixé par un circuit d'horloge du récepteur, d'une part à des fins de reconnaissance d'un préambule de rafale, à son arrivée, et, d'autre part, à des fins de détermination de la puissance des signaux appliqués en entrée des moyens de conversion (7), à partir des premiers symboles apparaissant lS successivement en sortie de ces moyens de conversion, lorsque ces symboles correspondent à ceux prévus en début de préambule de rafale; - des moyens (11) permettant de modifier le gain réglable des moyens d'amplification (5), en fonction de la puissance déterminée pour une suite reconnue de symboles de préambule et en un temps déterminé prévu pour un symbole qui succède immédiatement au temps prévu pour le dernier symbole de la suite reconnue. 7/ Récepteur, selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte, en sortie des moyens de conversion (7) des moyens de reconnaissance de préambule de rafale (9) effectuant des corrélations au niveau d'au moins une des séries successives (A, B) de symboles d'un début de préambule de rafale et sur les premiers symboles de chaque série traitée, ainsi que des moyens de détermination de puissance (10) effectuant un calcul d'élévation au carré pour les valeurs numériques correspondant