Brevet FR2836310A1 — publié le 20030822

Générateur permettant de parcourir une suite de séquences dans les deux sens, démodulateur, terminal et procédé correspondants. La présente invention concerne la production de suites identifiées de séquences de bits, à l'aide d'un générateur périodique, notamment pour des opérations de désembrouillage, par exemple dans un démodulateur d'un terminal d'un système de téléphonie mobile. Des générateurs périodiques de période très longue sont notamment employés pour produire des séquences de bits pseudo-aléatoires. Un tel générateur est généralement réalisé au moyen d'un registre à décalage à contre-réaction linéaire ( Linear Feedback Shift Register en anglais) cadencé au rythme d'un signal d'horloge. Les bits des séquences générées correspondent aux sorties des bascules du registre. Une application typique du générateur périodique est le brouillage ( scrambling en anglais). Pour fixer les idées, on peut se référer au mode de transmission adopté dans le système de communications mobiles UMTS (pour Uni versai Mobile Telecommunication System en anglais). Au niveau d'une station de base, un message à transmettre est modulé sur deux voies, la voie en phase 1 et la voie en quadrature Q. Les deux voies sont brouillées au moyen d'un système de deux générateurs ( x et y ) qui produisent la même suite de séquences, si ce n'est que la suite appliquée à la voie en phase est décalée par rapport à la suite appliquée à la voie en quadrature d'une valeur de brouillage caractérisant la station de base. Cette valeur de brouillage ( scrambling code en anglais) correspond à un nombre prédéterminé de coups d'horloge. Le message reçu par un terminal mobile doit être désembrouillé au moyen de la même suite de séquences et ce désembrouillage doit être réalisé en synchronisme avec le brouillage effectué par la station de base. Le terminal, qui comporte lui aussi deux générateurs périodiques identiques à ceux de la station de base, doit en premier lieu charger la valeur de brouillage dans le générateur de la voie en phase. Il doit ensuite récupérer le synchronisme ( slewing en anglais) et là, deux cas peuvent se présenter selon la valeur du décalage temporel connu entre les séquences qu'il produit et celles émises par la station de base. S'il est en retard, c'est-à-dire si les séquences en sortie de ses générateurs précèdent les séquences correspondantes du message brouillé dans la suite de séquences, il doit cadencer les deux générateurs à une fréquence supérieure à la fréquence de réception de la séquence (qui est de 3,84 Mchips/s dans le cas de l'UMTS) pour rattraper la phase correcte. S'il est en avance, c'est-à-dire si les séquences en sortie de ses générateurs figurent après les séquences correspondantes du message brouillé dans la suite des séquences, il doit figer les deux générateurs (pas de signal d'horloge), jusqu'à ce qu'il ait retrouvé la phase correcte. Naturellement, pendant le délai de synchronisation nécessaire au terminal pour récupérer le synchronisme, ce terminal ne peut pas désembrouiller le message reçu, si bien qu'il perd de l'information et qu'il dépense de l'énergie inutilement. Il importe donc de raccourcir le plus possible ce délai de mise en synchronisation. Lorsque le terminal est en retard on peut jouer sur la fréquence du signal d'horloge. En revanche, lorsqu'il est en avance, le délai de synchronisation ne peut être inférieur à un temps d'attente qui est le temps nécessaire pour obtenir le synchronisme lorsque la fréquence du signal d'horloge est annulée. Il existe une solution pour réduire ce temps d'attente qui consiste à faire effectuer un saut d'un nombre prédéterminé de séquences (généralement appelé shift immédiat ) aux générateurs périodiques. Cependant, cette solution, dite par mémorisation de masques , accroît de manière significative la complexité des générateurs car il faut ajouter des registres et/ou de nombreuses portes logiques. La présente invention a pour objectif de pallier ces inconvénients de l'état de la technique. Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir un générateur permettant d'obtenir plus rapidement le synchronisme souhaité. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel générateur, qui soit de complexité réduite, en termes de nombre de portes logiques mises en oeuvre notamment, par rapport aux techniques connues. En d'autres termes, l'invention a pour objectif de présenter une alternative de bien moindre complexité pour réduire le temps d'attente, notamment lorsque les générateurs sont en avance. Selon l'invention, un générateur périodique comporte des moyens pour produire une suite identifiée de séquences de bits dans le sens direct en réponse à un premier état d'un signal de sélection, et il comporte de plus des moyens pour produire cette suite dans le sens rétrograde en réponse à un deuxième état du signal de sélection. Ainsi, le temps d'attente se trouve notablement réduit lorsque le générateur est en avance. De préférence, ce générateur comporte un premier registre à décalage à contre-réaction dont les bascules délivrent en sortie les bits de ces séquences, ces bascules étant raccordées selon un premier plan d'interconnexion pour assurer une fonction directe qui définit une séquence au moyen de la séquence précédente dans la suite identifiée. De même, la fonction inverse de cette fonction directe étant une fonction rétrograde, le générateur comporte un deuxième registre à décalage à contreréaction dont les bascules délivrent en sortie les bits de ces séquences, ces bascules étant raccordées selon un deuxième plan d'interconnexion pour assurer la fonction rétrograde qui définit une séquence au moyen de la séquence suivante dans la suite identifiée. Avantageusement, ces deux registres à décalage sont réalisés au moyen des mêmes bascules. Selon un mode de réalisation privilégié, l'entrée de chaque bascule est raccordée à la sortie d'un multiplexeur commandé par le signal de sélection. De la sorte, le premier plan d'interconnexion est réalisé au moyen des premières entrées de ces multiplexeurs qui sont sélectionnées pour le premier état du signal de sélection. Pareillement, le deuxième plan d'interconnexion est réalisé au moyen des deuxièmes entrées de ces multiplexeurs qui sont sélectionnées pour le deuxième état du signal de sélection. L'invention vise également un démodulateur comprenant un générateur tel que cidessus. Il peut notamment être mis en oeuvre dans un terminal de radiotéléphonie, par exemple selon la norme UMTS. Elle vise aussi un procédé de synchronisation d'un terminal mobile recevant un message brouillé au moyen d'une suite identifiée de séquences de bits, cette suite cadencée par un signal d'horloge défilant dans le sens direct, procédé comprenant une étape pour générer une réplique de cette suite dans le sens direct à un rythme plus rapide que celui du signal d'horloge lorsque cette réplique est en retard sur la suite, et comprenant une étape pour générer une réplique de cette suite dans le sens rétrograde lorsque cette réplique est en avance sur la suite. La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif et non limitatif, en se référant aux figures annexées qui représentent : - les figures 1A et 1B, un schéma explicitant la recherche du synchronisme, respectivement selon l'art antérieur et selon l'invention, - la figure 2, un schéma du premier registre à décalage, - la figure 3, un schéma du deuxième registre à décalage, - la figure 4, un schéma du mode de réalisation privilégié de l'invention, - la figure 5 présente un exemple de résultat d'un mode de réalisation de l'invention. Les éléments présents dans plusieurs figures sont affectés d'une seule et même référence. On considère maintenant la transmission d'un message brouillé sur une seule voie entre un émetteur et un récepteur. L'état de l'art est rappelé en référence à la figure 1A qui schématise au moyen d'une droite D la suite des séquences de bits Si apparaissant au temps ti à la sortie du générateur périodique de l'émetteur. A un instant de référence tO, c'est la séquence de référence SO qui est produite par ce générateur. Dans le cas où le récepteur est en retard, son générateur produit une séquence antérieure SI qui précède la séquence de référence SO sur la droite D, cette séquence antérieure ayant été délivrée par l'émetteur au temps tl. Cette opération est dite sleewing forward . Pour récupérer le synchronisme, on multiplie la fréquence du signal d'horloge du générateur par un facteur d'accélération, 8 par exemple, jusqu'au temps tR où les séquences produites par l'émetteur et le récepteur sont toutes deux égales à une séquence de rattrapage SR, ce qui est symbolisé par un premier parcours PI sur la figure. Dans le cas où le récepteur est en avance, son générateur produit une séquence postérieure S2 qui est placée après la séquence de référence SO sur la droite D, cette séquence postérieure devant être délivrée par l'émetteur au temps t2. Pour retrouver le synchronisme, on supprime le signal d'horloge jusqu'au temps t2 où l'émetteur produit cette séquence postérieure S2, ce qui est symbolisé par un deuxième parcours P2 sur la figure. Cette opération est dite sleewing par attente . Pendant le temps d'attente égal à (t2-tO), le récepteur ne peut pas désembrouiller le message reçu. Le principe général de l'invention est illustré par la figure 1B, et en particulier par le segment P3. Plus précisément, linvention propose d'inverser le sens de défilement des séquences dans le récepteur par rapport au sens de défilement des séquences dans l'émetteur. Ainsi, à compter du temps tO, le générateur du récepteur produit une suite de séquence qui suit la droite D dans le sens des temps décroissants jusqu'au temps tA où les séquences produites par l'émetteur et le récepteur sont toutes deux égales à une séquence de récupération SA, ce qui est symbolisé par le troisième parcours P3 sur la figure. En d'autres termes, on remplace le sleewing par attente par un sleewing arrière , ce qui permet de réduire fortement le temps d'attente. On remarque que le signal d'horloge du récepteur peut également être accéléré durant ce troisième parcours. Le temps d'attente est donc réduit de (t2tO) à (tA-tO). En référence à la figure 2, le générateur proposé dans la recommandation 3GPP 3 GTS 25.213 V3.3. 0 (2000-06), section 5.2. 2 est de préférence agencé dans le démodulateur du récepteur. Ce générateur prend la forme d'un premier registre à décalage comportant 18 bascules BO, Bl, B2,..., B17 dont les dix-sept premières sont simplement chaînées, c'est à dire que la sortie de la ième bascule est raccordée à l'entrée de la (i-l) ième bascule pour tout i compris entre 2 et 18. De plus, l'entrée de la dernière bascule B17 est raccordée à la sortie d'une première porte XI assurant la fonction logique OU exclusif entre la sortie de la huitième bascule B7 et celle de la première bascule BO. Il s'agit donc d'un générateur qui délivre une suite identifiée de séquences dont les 18 bits sont fournis par les sorties des 18 bascules. La période de ce générateur de séquences pseudo-aléatoires vaut celle du signal d'horloge multipliée par (218-1). La fonction directe qui décrit une séquence au moyen de la séquence immédiatement précédente peut s'expliciter au moyen des 18 équations qui suivent en notant Bk (J) la valeur présente au temps tk à la sortie de la bascule BJ : Bk+1 (0) = Bk (l) [El] Bk+l (l) = Bk (2) [E2] Bk+1(2) = Bk(3) [E3] ............. Bk+1(5) = Bk(6) [E6] Bk+1 (6) = Bk (7) [E7] Bk+1 (7) = Bk (8) [E8] Bk+1(8) = Bk(9) [E9] ............. Bk+1(15) = Bk(16) [E16] Bk+1 (16) = Bk (17) [E17] La suite dans le sens direct est ainsi obtenue en définissant les bits Bk+l en fonction des bits Bk. Lorsque la suite doit être parcourue dans l'autre sens, le sens rétrograde, il convient de définir les bits Bk-l en fonction des bits Bk. L'inventeur a remarqué que les équations ci-dessus sont équivalentes aux équations suivantes : Bk-1 (l) =Bk (0) [E'1] Bk-l (2) = Bk (l) [E'2] Bk-1(3) = Bk(2) [E'3] ............. Bk-1(6) = Bk(5) [E'6] Bk-l (7) = Bk (6) [E'7] Bk-l (8) =Bk (7) [E'8] Bk-l (9) = Bk (8) [E'9] Bk-l (16) = Bk (15) [E'16] Bk-1 (17) = Bk (16) [E'17] Bk-l (7) CBk-l (0) =Bk (17) [E'18] En rapprochant les septième [E'7] et dix-huitième [E'18] équations cidessus, on obtient : L'opérateur # ( OU exclusif ) présente la particularité de définir une fonction inversible et l'équation [E"18] ci-dessus peut s'écrire de la façon suivante : Il s'ensuit que tous les bits Bk-1 peuvent être exprimés en fonction des bits Bk, ce qui permet, selon l'invention, de faire défiler les séquences dans le sens rétrograde. comme illustré par la figure 3, on implante donc dans le récepteur un deuxième registre à décalage comportant 18 bascules B'O à B'17 dont les dix-sept premières sont chaînées à l'envers, c'est à dire que la sortie de la ième bascule est raccordée à l'entrée de la (i + 1) ième bascule pour tout i compris entre 1 et 17. De plus, l'entrée de la première bascule B'O est raccordée à la sortie d'une deuxième porte X2 assurant l'opération logique OU exclusif entre la sortie de la septième bascule B'6 et celle de la dernière bascule B'17. Il convient ainsi de prévoir dans le récepteur un premier et un deuxième registres à décalage tels que décrits ci-dessus. En fonctionnement normal, lorsque le synchronisme est acquis, ou bien si le récepteur est en retard sur l'émetteur, c'est le premier registre à décalage qui est employé. En revanche, si le récepteur est en avance sur l'émetteur, c'est le deuxième registre à décalage qui est activé. Dès que ce dernier atteint la séquence de récupération SA, celle-ci est transférée au premier registre à décalage qui prend le relais du deuxième registre car on est alors à nouveau en fonctionnement normal. On remarque les deux registres comportent le même nombre de bascules et que de plus, le contenu du deuxième registre est appelé à initialiser le premier registre. Ainsi, avantageusement, les deux registres peuvent être réalisés avec le même jeu de 18 bascules. En référence à la figure 4, le générateur périodique du récepteur comporte 18 bascules DO, Dl, D2,..., D17 chacune précédée d'un multiplexeur MO, Ml, M2,..., M17. Chaque multiplexeur voit sa sortie reliée à l'entrée de la bascule qui le suit, sortie par laquelle il transmet sa première entrée, respectivement sa deuxième entrée, selon qu'un signal de sélection SEL est dans un premier, respectivement un deuxième état. En premier lieu, la sortie de la ième bascule est raccordée à la première entrée du (i-l) ième multiplexeur pour tout i compris entre 2 et 18. La première entrée du dix-huitième et dernier multiplexeur M17 est raccordée à la sortie de la première porte XI qui exécute, rappelons le, la fonction logique OU exclusif entre la sortie de la huitième bascule D7 et celle de la première bascule DO. D'autre part, la sortie de la ième bascule est raccordée à la deuxième entrée du (i+l) ième multiplexeur pour tout i compris entre 1 et 17. La deuxième entrée du premier multiplexeur MO est raccordée à la sortie de la deuxième porte X2 assurant l'opération logique OU exclusif entre la sortie de la septième bascule D6 et celle de la dernière bascule D17. Ce générateur périodique est commandé au moyen du signal de sélection SEL qui est positionné dans son premier état en fonctionnement normal ou lorsque le récepteur est en retard sur l'émetteur. Si le récepteur est en avance sur l'émetteur, le signal de sélection est produit dans son deuxième état. Le nombre d'éléments qu'il faut ajouter au premier registre à décalage pour obtenir le générateur complet est relativement réduit. En effet, un multiplexeur tout comme un opérateur OU exclusif est réalisé au moyen de quatre portes NON ET . Il faut donc compter 76 portes supplémentaires par générateur. La gestion du signal de sélection SEL est la même que celle de l'état de l'art quand ce signal est dans son premier état. La modification, du fait de l'invention, dans le deuxième état du signal de sélection est mineure. Elle conduit à remplacer une instruction de suppression du signal d'horloge pendant une certaine durée par une instruction de fourniture de ce signal d'horloge durant un certain temps. Le nombre complet de portes nécessaires est de l'ordre de 144 portes (4 portes pour chacune des 18 équations, pour chacun des registres x et y). Par comparaison, la technique par masques nécessite beaucoup plus de portes. Un masque permet de configurer une combinaison de sorties, à la'aide de OU exclusifs (XOR), pour effectuer un saut, ou shift , pré-câblé. Pour un saut donné et pré-câblé, il faut en moyenne 32 portes XOR (pour tout l'embrouilleur I, Q), soit 128 portes NON ET (NAND). Pour six masques, il faut donc 768 portes, au lieu de 144 selon l'invention. Cet écart est encore plus important lorsque l'on met en oeuvre plusieurs générateurs. Ainsi, dans un terminal UMTS, il est nécessaire de recevoir plusieurs canaux physiques indépendants simultanément. On a donc besoin de plusieurs générateurs ( scramblers ), et le gain en portes est encore augmenté par un facteur multiplicatif. Celui-ci est typiquement égal au nombre de fingers du RAKE receiver (par exemple 4), auquel il faut ajouter un générateur dans le MPS ( multi-path searcher ). On a donc besoin, selon l'invention, de 5 * 144 = 720 portes, au lieu de 5 * 768 = 3840. La technique de l'invention peut par ailleurs avantageusement être combinée à la technique par masques de l'art antérieur, en mettant en oeuvre un nombre limité de masques (par exemple les six masques SI à S6 illustré en figure 5). Cette combinaison permet de réduire fortement le coût en portes pour un temps de réponse souhaité, par rapport à la situation par masques . L'exemple de réalisation de l'invention présenté ci-dessus a été choisi pour son caractère démonstratif. Il ne serait cependant pas possible de répertorier de manière exhaustive tous les modes de réalisation que recouvre cette invention. En particulier, tout moyen décrit peut-être remplacé par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1) Générateur périodique comportant des moyens (BO, Bl, B2,..., B17, XI) pour produire une suite identifiée de séquences de bits dans un sens direct en réponse à un premier état d'un signal de sélection (SEL), caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens (B'O, B'l, B'2,..., B'17, X2 ; DO, Dl, D2,..., D17) pour produire ladite suite dans le sens rétrograde en réponse à un deuxième état dudit signal de sélection (SEL). 2) Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un premier registre à décalage à contre-réaction (BO, Bl, B2,..., B17, XI) dont les bascules délivrent en sortie les bits desdites séquences, lesdites bascules étant raccordées selon un premier plan d'interconnexion pour assurer une fonction directe qui définit une séquence au moyen de la séquence précédente dans ladite suite identifiée. 3) Générateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que, la fonction inverse de ladite fonction directe étant une fonction rétrograde, il comprend un deuxième registre à décalage à contre-réaction (B'0, B'1, B'2,..., B'17, X2) dont les bascules délivrent en sortie les bits desdites séquences, ces bascules étant raccordées selon un deuxième plan d'interconnexion pour assurer ladite fonction rétrograde qui définit une séquence au moyen de la séquence suivante dans ladite suite identifiée. 4) Générateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux registres à décalage sont réalisés au moyen des mêmes bascules (DO, Dl, D2,..., D17). 5) Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'entrée de chaque bascule (DO, Dl, D2,..., D17) est raccordée à la sortie d'un multiplexeur (MO, Ml, M2,..., M17) commandé par ledit signal de sélection (SEL). 6) Générateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit premier plan d'interconnexion est réalisé au moyen de premières entrées desdits multiplexeurs (MO, Ml, M2,..., M17) sélectionnés pour le premier état dudit signal de sélection (SEL). 7) Générateur selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit deuxième plan d'interconnexion est réalisé au moyen de deuxièmes entrées desdits multiplexeurs (MO, Ml, M2,..., M17) sélectionnés pour le deuxième état dudit signal de sélection (SEL). 8) Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un masque mémorisant une desdites séquences, de façon à permettre un saut immédiat à la séquence mémorisée. 9) Démodulateur comprenant un générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10) Démodulateur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans un terminal de radiotéléphonie. 11) Terminal de radiotéléphonie caractérisé en ce qu'il met en oeuvre au moins un générateur périodique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 12) Procédé de synchronisation d'un terminal mobile recevant un message brouillé au moyen d'une suite identifiée de séquences de bits, cette suite cadencée par un signal d'horloge défilant dans le sens direct, comprenant une étape pour générer une réplique de cette suite dans le sens direct à un rythme plus rapide que celui dudit signal d'horloge lorsque cette réplique est en retard sur ladite suite, caractérisé en ce qu'il comporte une étape pour générer une réplique de cette suite dans le sens rétrograde lorsque cette réplique est en avance sur ladite suite.