Brevet FR2840130A1 — publié le 20031128

d'amplification est un transistor bipolaire a heterojonction. DEMODULATEUR DE SIGNAUX MODULES PAR POSITION D'IMPULSIONS, PROCEDE DE DEMODULATION ET RECEPTEUR DE SIGNAUX EQUIPE DU DEMODULATEUR. Domaine technique La presente invention concerne un demodulateur de signaux modules par position d'impulsions, et un recepteur equipe d'un tel demodulateur. Wile concerne aussi un procede de demodulation correspondent. La transmission de donnees au moyen d'un signal module par position d'impulsions, comprend liemission d'un signal porteur avec des impulsions de duree tres course et un rapport cyclique tres faible. Les impulsions recues vent des impulsions analogiques. Selon les applications, ce signal recu peut etre ensuite traite soit de facon analogique, soit etre numerise, echantillonne,... Les impulsions ont generalement une duree inferieure a la nanoseconde et presentent un rapport cyclique inferieur a 1%. Le temps moyen qui separe deux impulsions est de l'ordre de 100 nsec, ce qui correspond a une frequence de 10MHz. Lt information portee par le signal est codee par la position, c'est- a-dire l' occurrence temporelle des impulsions. Plus precisement, l' information est codee sous la forme de legers decalages temporels qui affectent ou non les impulsions. En d'autres termes encore, l' information transmise est codee par le fait que certaines impulsions vent emises legerement en avance ou en retard par rapport a leur instant d' occurrence normal. B 14050.3/PR La bande passante des signaux modules par position d'impulsion est tres large, de ltordre de 1 a GHz. Ainsi, les signaux modules par position d'impulsion vent encore connus sous la denomination de "signaux UWB" (Ultra-Wide Bandwidth - ultra-large bande). L' invention trouve des applications dans le domaine de la transmission de signaux et notamment dans la transmission de signaux par vole hertzienne radio. Etat de la technique anterieure. Une description de ltetat de la technique est donnee ci-apres en reference a la figure 1 annexee. Wile peut etre completee par le document (1) dont les references vent precisees a la fin de la description. La figure 1 represente tres sommairement un recepteur de signal module par position d'impulsions. Il comprend un amplificateur 10 relic a une antenne 12. Apres amplification, le signal de reception r(t) est dirige vers une premiere entree 22 d'un correlateur 20. Une deuxieme entree 24 du correlateur recoit un signal de decodage vt) qui est utilise pour determiner les posit ions temporel les des impul s ions du signal de reception. Le correlateur effectue une inter-correlation entre le signal de reception et le signal de decodage. I1 est associe a une unite de traitement en bande de base 26 pour delivrer finalement des donnees demodulees en une sortie S. Les donnees delivrees en sortie correspondent a celles initialement codees dans le signal r(t) module par position dtimpulsions. B 14050.3/PR Le signal de decodage v(t) est fourni par un generateur d'impulsions 30 cadence par une horloge 32. Une unite de synchronisation 34, reliee a ['unite de traitement 26 est prevue pour synchroniser le signal de decodage. Le dispositif selon la figure 1 pose un certain nombre de problemes. Ceux-ci vent essentiellement lies a la generation d'un signal de decodage et a la synchronisation du signal, cadence par une horloge locale, avec le signal de reception. Une autre difficulte est liee a une sensibilite du recepteur a des signaux perturbateurs en provenance d'emetteurs concurrents, et au bruit. Expose de ['invention L' invention a pour but de proposer un demodulateur et un recepteur de signal ne presentant pas les difficultes mentionnees ci-dessus. Un autre but est de proposer un demodulateur et un recepteur simplifie, ne contenant pas d'horloge locale, et qui ne necessite pas la synchronisation d'un signal de decodage, genere a partir diune horloge locale, avec le signal de reception. Un but est aussi de proposer un demodulateur et un recepteur peu sensibles au bruit et peu sensibles a des signaux d'emetteurs concurrents. Un but est encore de proposer des dispositifs de faible cout, comprenant un faible nombre de composants et qui presentent une faible consommation electrique. B 14050.3/PR L'invention a pour autre but de proposer un procede de demodulation correspondent aux dispositifs. Pour atteindre ces buts, ['invention a plus precisement pour objet un demodulateur de signal module par position d'impulsions, comprenant un correlateur. Conformement a ['invention, le correlateur est un auto- correlateur pourvu de moyens pour generer un signal de decodage a partir d'un signal de reception module par position d'impulsion. Grace aux caracteristiques de ['invention, le meme signal de reception est utilise comme signal vecteur de l' information codee et comme source pour generer un signal de decodage (demodulation). Or, comme il s'agit du meme signal, les problemes de synchroni sat ion avec une horloge locale vent elimines. Une horloge de reference locale est par ailleurs inutile. Selon une realisation de ['invention, l'auto- correlateur comprend une premiere unite de retard pour former un premier signal de reception retarde et un multiplicateur pour multiplier le premier signal de reception retarde par le signal de decodage. Le premier signal de reception retarde est affecte dun retard sensiblement egal a un temps moyen de repetition des impulsions. Le temps moyen de repetition des impulsions, note dans la suite du texte, correspond en fait a une duree moyenne separant deux impulsions successives. On considere un temps de repetition moyen, dans la mesure ou il peut etre affecte du retard ou de l'avance des impulsions individuelles. Cependant, il convient de garder a l' esprit que la duree est faible devant A. B 14050.3/PR Grace a la premiere unite de retard, la correlation a lieu, en quelque sorte, entre le signal de reception et le signal de reception retarde. Pour conserver une bonne synchronisation entre les impulsions retardees et les impulsions non retardees, le demodulateur peut comporter une boucle a verrouillage de delai connectee entre la sortie du correlateur et une entree de reglage de la premiere unite de retard. La boucle a verrouillage de delai peut etre connectee a la sortie du correlateur par l'intermediaire d'un filtre passe teas. Le role de ce filtre passe-bas et le fonctionnement de la boucle vent decrits ulterieurement. Dans une autre realisation du dispositif, particulierement insensible a des signaux parasites ou a du bruit, les moyens pour generer un signal de decodage vent apses a fournir un signal de decodage et peuvent comporter une deuxieme unite de retard et un additionneur/soustracteur pour former le signal de decodage par combinaison du signal de reception retarde et du signal de reception non retarde, le signal retarde presentant un retard sensiblement egal a un decalage temporel de codage du signal. On entend par decalage temporel de codage du signal un decalage temporel qui correspond a l'avance ou eventuellement au retard des impulsions individuelles et qui code l' information portee par le signal. Le retard introduit par la deuxieme unite de retard est egal a, ou voisin de la valeur de decalage 6. Cette valeur est connue pour un type de codage donne et est sensiblement constante. La valeur de decalage B 14050.3/PR est de ltordre de la centaine de picosecondes, par exemple. La formation d'un signal de decodage par soustraction au signal de reception du signal de reception retarde permet de rendre le signal de decodage dissvmetrique et autorise ainsi une distinction entre des impulsions en avance et des impulsions en retard. lo Comme evoque precedemment, l' invention concerne egalement un recepteur, et notamment un recepteur radio, pourvu d'un demodulateur tel qu'indique ci dessus. Le recepteur peut comporter en outre une antenne, un amplificateur d'antenne et une unite de mise en forme du signal demodule fourni en sortie du correlateur. L'invention concerne enfin un procede de demodulation diun signal module par position diimpulsions, dans lequel on forme un signal de decodage a partir du signal de reception module, et dans lequel on effectue une correlation entre le signal de decodage et le signal de reception retarde. D'autres caracteristiques et avantages de l' invention ressortiront de la description qui va suivre, en reference aux figures des dessins annexes. Cette description est donnee a titre purement illustratif et non limitatif. Breve description des figures. - La figure 1, deja decrite, est une representation sommaire et schematique d'un recepteur s 14050.3/PR de signaux modules par position d'impulsions, illustrant l'etat de la technique. - La figure 2 est une representation sommaire et schematique d'un recepteur de signaux modules par position d'impulsions, conforme a ['invention. - La figure 3 est un schema simplifie illustrant une realisation particuliere d'un demodulateur utilisable dans un recepteur conforme a la figure 2. - La figure 4 est un chronogramme illustrant un fonctionnement possible d'un demodulateur conforme a la figure 3. - La figure 5 est un chronogramme illustrant un autre fonctionnement possible du demodulateur. Description detaillee de modes de mise en uvre de l' invention. Dans la description qui suit, des parties identiques, similaires ou equivalentes des differentes figures vent reperees par les memes signes de reference pour faciliter le report entre les figures. Le recepteur de signaux modules par position d'impulsions de la figure 2 comprend une antenne 112, un amplificateur d' ant enne 110, un demodulateur 120 et une unite de mise en forme du signal 140. Le demodulateur se resume, pour l'essentiel, a un auto- correlateur. Il est depourvu de moyens autonomes de formation d'un signal de decodage local. Le signal r(t) delivre a la sortie de l'amplificateur est applique a une entree 122 du demodulateur. Le signal de reception est directement utilise par le demodulateur comme B 14050.3/PR signal vecteur d'information et comme base pour la formation d'un signal de decodage. La sortie 123 du demodulateur delivre un signal demodule. Ce signal peut etre exploite directement ou, comme le montre la figure 2, etre dirige vers ['unite de mise en forme de signal 140. Cette unite peut etre, par exemple, un circuit electronique, analogique ou numerique, permettant de mettre le signal sous forme dtimpulsions logiques. De facon plus simple, ['unite 140 peut se resumer a un filtre integrateur passe-bas. La reference 130 designe une boucle a verrouillage de delai permettant un fonctionnement optimise du demodulateur. La figure 3 montre de fagon plus detaillee une possibilite de realisation du demodulateur 120. Une section du demodulateur comporte une premiere unite de retard 154 qui recoit egalement le signal de reception r(t). La premiere unite de retard affecte le signal module de reception d'un retard egal a, ou voisin d'un temps moyen de repetition des impulsions. Il est egal, par exemple a 100 nanosecondes. La premiere unite de retard fournit un signal de la forme r(t-). Le demodulateur comprend une autre section de formation d'un signal de decodage v(t) a partir du signal de reception r(t) applique a l' entree 122. La section comporte une deuxieme unite de retard 150 capable d' effecter le signal de reception r(t) d'un retard 6. Le retard est par exemple de l'ordre du dixieme de nanoseconde a une nanoseconde. Il est ajuste de facon a etre egal a, ou voisin du decalage temporel B 14050.3/PR de codage des impulsions du signal. Le signal retarde est applique a une entree d'un additionneur/soustracteur 152. L'additionneur/ soustracteur 152 recoit par ailleurs le signal de reception non retarde pour le combiner au signal retarde. Dans l'exemple illustre, la combinaison est une simple soustraction du signal retarde au signal non retarde. On obtient ainsi un signal de decodage non symetrique du type v(t)= r(t-)r(t). La variable t indique simplement la dependence temporelle du signal. Le signal de decodage et le signal module retarde en provenance de la premiere unite de retard vent fournis a un multiplieur 160. Le multiplieur, qui constitue le cmur de lauto-correlateur, fournit un produit des signaux d' entree. Ce produit est nul loreque en particulier l'un des signaux est nul a un temps t donne. Cette probabilite est liee au rapport cyclique du signal normalement recu, qui est tres faible. Ce produit peut aussi 8tre voisin de zero, en moyenne, dans le cas de signaux non nuls mais n'ayant pas de propriete de correlation. Cette caracteristique permet d'ecarter tres facilement les bruits parasites ou les signaux concurrents.. Loreque les signaux v(t) et r(t-) vent simultanement non nuls, le multiplieur delivre une impulsion. Dans un fonctionnement particulier, decrit plus loin en reference a la figure 4, l'impulsion delivree par le multiplieur est soit positive, soit negative, soit nulle, en moyenne. Le signe de l'impulsion est dictee par le fait que les impulsions du signal de decodage v(t) vent en avance, en retard, B 14050.3/PR ou synchronisees sur ceux du signal module retarde r(t-). Le signe des impulsions delivrees par le multiplieur, constitue deja ainsi un signal demodule. Le signal disponible a la sortie de l'auto-correlateur, peut etre mis sous une forme plus habituelle dtimpulsions logiques avec une succession d'etats hauts et teas. Cette conversion est realisee tres simplement, dans ltexemple illustre, par un filtre passe-bas 140. La constante dtintegration de ce filtre est choisie de preference superieure a A. Le signal demodule, disponible a la sortie du filtre 140, est le signal de sortie. I1 peut etre dirige par exemple vers des dispositifs de restitution divers, tels que des dispositifs de restitution de sons, selon la destination du demodulateur. La figure 3 montre que la deuxieme unite de retard 154 presente une entree de reglage 156. Cette entree peut etre avantageusement utilisee pour un reglage fin du retard A. Un reglage precis de la valeur de permet d'adapter finement le demodulateur pour la demodulation de signaux avec des impulsions tres breves et permet une bonne elimination des parasites. Le reglage du retard est opere par une boucle a verrouillage de delai 130 qui relic la sortie du filtre passe-bas 140 a l' entree de reglage 156. Le fonctionnement d'un demodulateur tel que decrit ci-dessus apparalt plus clairement en reference aux figures 4 et 5 decrites ci-apres. La figure 4 correspond a la demodulation dun signal pour loquel les impulsions codant une premiere B 14050.3/PR valeur logique (1) vent affectees d'un decalage temporel positif +6 et les impulsions codant une deuxieme valeur loglque (0) vent affectees d'un decalage negatif -. Une premiere ligne A de la figure 4 indigue les valeurs logiques correspondent a differentes impulsions successives considerees. Ces valeurs vent 1, 0, 0, et 1. La ligne B represente les impulsions du signal de reception r(t). On peut observer les decalages +3 et -8 des impulsions, par rapport a leur occurrence > indiquee par des lignes en trait discontinu. Le temps qui separe deux occurrences normales des impulsions est le temps moyen de repetition des impulsions, dea largement evoque. La reference P indigue une impulsion parasite qui n'est pas en phase avec les impulsions du signal de reception. La ligne C represente les impulsions du signal retarde r(t-) issu de la deuxieme unite de retard (154 sur la figure 3). On peut observer que le retard n'est pas touours exactement le meme pour toutes les impulsions. Il subit de tres faibles variations tout en restart egal ou voisin du temps A0 de repetition moyen des impulsions. Dans l'exemple illustre, le retard peut prendre deux valeurs comprises entre A0-6 et A0+. Dans l'exemple de la figure les deux valeurs vent: Aa=AO et b=6O± En raison de la duree tres faible du decalage temporel de codage devant le temps moyen de repetition B 14050.3/PR des impulsions, on peut considerer en premiere approximation que le retard est egal a A0. Des fleches entre les lignes B et C indiquent, dans l'exemple illustre, lesquelles des valeurs Aa et b vent retenues dans chaque cas pour former le signal retarde r(t-). On observe que l'impulsion parasite P subit ici egalement un decalage. La ligne D represente le signal de decodage v(t) disponible a la sortie de l'additionneur/ soustracteur 152. Pour des raisons de simplification les impulsions parasites ne vent pas representees sur la ligne D de la figure 4. Enfin, la ligne B represente le produit r(t-)xv(t) fourni par le multiplieur 160. En confrontant la ligne A a la ligne E, on remarque que la transition d'une donnee codee 1 a une donnee codee 0 se traduit par une impulsion positive a la sortie du multiplieur, et la transition d'une donnee codee 0 a une donnee codee 1 se traduit par une impulsion negative a la sortie du multiplieur. L' absence de transition, c'est-a-dire la conservation d'un etat logique 0 ou 1 d'une impulsion a la suivante se traduit par une impulsion de valeur moyenne voisine de zero a la sortie du multiplieur. Ceci apparalt pour la troisieme impulsion du signal donne en exemple sur la figure 4. On peut noter que la multiplication fait disparaltre les impulsions parasites qui vent multipliees par zero dans tous les cas ou elles ne coincident pas exactement avec une impulsion de signal. La derriere ligne F de la figure 4 montre le signal mis en forme par le filtre passe-bas 140 prevu B 14050.3/PR en aval du multiplieur 160. Le filtre passe-bas agit ici comme un integrateur. Une impulsion negative du signal a la sortie du multiplieur se traduit par un niveau de sortie teas Nb. A l' inverse, une impulsion positive du signal a la sortie du multiplieur se traduit par un niveau de sortie haut Nh. Une impulsion de valeur moyenne nulle a pour effet de maintenir le niveau teas ou haut precedemment atteint. La boucle a verrouillage de delai 164 decrite en reference a la figure 3 permet d'appliquer les etats de sortie haut ou teas a l' entree de reglage 156 de la deuxieme unite de retard 154. L'unite, dans cet exemple de mise en euvre, est concue pour appliquer au signal de reception un retard Aa lorsque le niveau applique a son entree de reglage est le niveau teas et pour appliquer au signal de reception le retard b loreque le niveau applique a son entree de reglage est le niveau haut. Le passage de Aa a b revient simplement a aj outer ou a retrancher au retard une valeur 6. La figure 5 montre un autre fonctionnement possible du demodulateur pour un signal presentant un codage logique different. Le codage est base sur le fait qu'un premier etat logique (O) se traduit par un decalage nul des impulsions par rapport a leur position temporelle d' occurrence normale et qu'un deuxieme etat logique (1) se traduit par un decalage +6 des impulsions par rapport a leur position temporelle d' occurrence normale. Les differentes parties A a F de la figure 5, correspondent aux memes types de signaux que ceux B 14050.3/PR representes a la figure 4, de sorte que l' on peut les comparer deux a deux. Dans liexemple relatif a la figure 5, la deuxieme unite de retard affecte le signal de reception r(t) d'un retard compris entre deux bornes extrdmes. Ces bornes vent a=O, soit le temps moyen de repetition des impulsions, et b=6O +. De facon plus precise, le retard peut prendre deux valeurs qui vent A0 et A0+E/ ou ú est une duree inferieure ou egale au decalage temporel de codage 6. Des fleches indiquent sur la figure 5 respectivement lequel des retards a OU b est pris en compte. Les parties D, E et F de la figure 5 ne se distinguent pas foncierement des m8mes parties de la figure 4. On peut ainsi se reporter a la figure qui precede. DOCTJMENTS CITES (1) "IMPULSE RADIO", IEEE PIMRC'97, Helsinki Finland, 1997, pages 245-267, de Robert A. Scholtz et Moe Z. Win B 14050.3/PR REVENDICATIONS 1. Demodulateur de signal module par position d'impulsions comprenant un correlateur, caracterise en ce que le correlateur est un auto-correlateur (150, 152, 154, 160) pourvu de moyens (150, 152) pour generer un signal de decodage a partir diun signal de reception module par position d'impulsion. 2. Demodulateur selon la revendication 1, comprenant une premiere unite de retard (154) pour former a partir du signal de reception (r(t)) un premier signal de reception retarde (r(t-)) et un multiplieur (160) pour multiplier le premier signal de reception retarde par le signal de decodage, le premier signal de reception retarde etant affecte d'un retard () sensiblement egal a un temps moyen de repetition d'impulsions ou un multiple de ce temps moyen. 3. Demodulateur selon la revendication 2, dans lequel les moyens pour generer un signal de decodage vent apses a fournir un signal de decodage (v(t)) tel que sa multiplication par le premier signal de reception retarde (r(t-)) donne un signal porteur d'au moins deux informations sur l'identite ou la non identite de deux impulsions qui se suivent. 4. Demodulateur selon la revendication 3, dans lequel les moyens pour generer un signal de decodage comportent une deuxieme unite de retard (150) et un additionneur/soustracteur (152) pour former un signal B 14050.3/PR de decodage par combinaison du signal de reception retarde (r(t-)) et du signal de reception non retarde (r(t)), le signal retarde presentant un retard () sensiblement egal a un decalage temporel de codage du signal. 5. Demodulateur selon la revendication 3, dans loquel les moyens pour generer un signal de decodage comportent un integrateur. 6. Recepteur de signaux modules par position d'impulsions comprenant un demodulateur conforme a l'une quelconque des revendications precedentes. 7. Recepteur selon la revendication 6, comprenant en outre une unite de mise en forme de signal demodule connectee a une sortie du demodulateur. 8. Recepteur de signaux modules par position d'impulsions comprenant un demodulateur conforme a la revendication 2 et comprenant une boucle a verrouillage de delai (130) associee a la premiere unite de retard (154) du demodulateur. 9. Recepteur selon la re-vendication 8, dans loquel la boucle a verrouillage de delai est connectee entre un filtre passe-bas relic a la sortie du demodulateur, et une entree de reglage (156) de la deuxieme unite de retard (154). 10. Procede de demodulation d'un signal module par position d'impulsions, caracterise en ce que l'on forme un signal de decodage (v(t)) a partir du signal de reception module et que l'on effectue une correlation entre le signal de decodage et le signal de reception retarde. 11. Procede selon la revendication 10, dans loquel on multiplie le signal de decodage, par le signal de reception affecte d'un retard () sensiblement egal a un temps moyen de repetition dtimpulsions. 12. Procede selon la revendication 10, dans lequel on ajuste le retard () dans une boucle a verrouillage de delai, en fonction d'un signal demodule. 13. Procede selon la revendication 10, dans laquel on forme le signal de decodage par soustraction d'un signal de reception retarde au signal de reception non retarde. 14. Procede selon la revendication 10, dans lequel on forme le signal de reception retarde par affectation au signal de reception d'un premier retard sensiblement egal a un decalage temporel () de codage du signal. B 14050.3/PR 15. Procede selon la revindication 10, dans lequel on forme le signal de decodage par integration du signal de reception.