Brevet FR2870941A1 — publié le 20051202

La présente invention concerne un détecteur de radar et un procédé de détection de radar pour des systèmes de réseaux locaux sans fil (WLAN) conformément aux normes de communications sans fil 802.11, et en particulier la détection de radar pour un mécanisme de sélection dynamique de fréquence de type 802.11h. La norme de communications sans fil 802.11h qui est une extension de la norme 802.11a est conçue pour satisfaire aux réglementations européennes en matière d'utilisation de la bande de fréquences 5 GHz en faisant en sorte que les systèmes WLAN opérant dans cette bande n'interfèrent pas avec les radars militaires et d'autres utilisateurs de cette bande de fréquences. Deux techniques de limitation sont prévues à cet effet, à savoir la sélection dynamique de fréquence (DFS) et le contrôle de la puissance du signal transmis (TPC). Le détecteur de radar antérieur mis en oeuvre dans les systèmes WLAN repose uniquement sur la détection (en termes de puissance) d'une seule impulsion courte et il faut s'attendre à un taux relativement élevé de fausse alarme dans le cas d'une évaluation des performances. Ce système, qui s'inscrit dans le cadre de la procédure de commande automatique de gain (CAG), utilise les mesures de puissance fournies par le bloc indicateur d'intensité du signal reçu (RSSI) pour déterminer si une impulsion courte a été reçue et si elle est susceptible de produire un déclenchement lors de la réception d'un quelconque type de signal impulsionnel sans discrimination. Il existe en effet des impulsions courtes ou des salves d'impulsions de type radar pouvant résulter de bruits parasites extérieurs, de collisions de paquets provenant de stations de réseaux WLAN opérant sur le même canal ou d'activités de réseaux WLAN sur des canaux adjacents. Le problème à résoudre est du domaine de la sélection dynamique de fréquence (DFS) et consiste pour une station de type 802.11h à détecter sans erreur des signaux radar émis sur le même canal, afin d'éviter de perturber la fréquence de fonctionnement nominale d'une station radar en changeant ensuite de canal. Le système de détection de radar doit être extrêmement fiable, car toute fausse alarme se traduit par l'inoccupation du canal signalé comme canal de radar par une station réceptrice 802.11h pendant 30 minutes. Quels types de signaux doit-on être capable de détecter? Les militaires sont en effet discrets lorsqu'il s'agit d'informer le reste de la communauté sur les caractéristiques des signaux émis par leurs stations radar. Cependant, en dépit du secret qui entoure les radars militaires, il est généralement admis que les signaux radar appartiennent approximativement à l'une des deux catégories suivantes comprenant les signaux impulsionnels (fréquence de récurrence des impulsions) qui sont formés d'un train d'impulsions espacées dans le temps émises à des intervalles de temps réguliers, et les ondes entretenues (ondes entretenues modulées en fréquence) dont la fréquence instantanée varie en fonction d'un cycle périodique, la plus couramment utilisée étant l'impulsion modulée linéairement en fréquence. L'Institut Européen de Normalisation des Télécommunications (ETSI) qui a entrepris un effort de réglementation en ce qui concerne ces questions a rédigé un document décrivant certaines caractéristiques des signaux radar rencontrés en Europe et qui met en fait l'accent sur la première catégorie décrite ci-dessus. Par conséquent, l'inventeur a, en ce qui le concerne et comme point de départ, jugé fiables les informations fournies par le document de l'ETSI auquel il a pu avoir accès et a donc décidé de se limiter à la détection des signaux impulsionnels uniquement. Ces impulsions de radar sont supposées être sinusoïdales ou de type modulé en fréquence, démarrer brusquement et se terminer en puissance, et avoir une durée de 1 ou 2 ps et une fréquence de répétition de 330, 700 ou 1800 par seconde. La présente invention a pour but principal de proposer un détecteur de radar et un procédé de détection de radar pour des systèmes de réseaux locaux sans fil selon les normes de communications sans fil 802.11, qui permettent de réduire considérablement le taux d'erreur de détection sans dégradation de la vitesse de détection. Conformément à un premier aspect de la présente invention, ce but est atteint grâce à un appareil destiné à être utilisé dans des systèmes de réseaux locaux sans fil selon les normes de communications 802.11, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de signaux radar. Le détecteur de signaux radar peut comprendre des moyens pour déterminer la phase réelle 0 d'un signal reçu, des moyens pour calculer la fréquence angulaire ça et la phase initiale p à partir du signal de phase réelle, des moyens pour déterminer la rampe de phase correspondant à la fréquence angulaire et à la phase initiale et pour calculer un signal de différence 0 - cp en soustrayant la phase initiale de la phase réelle, des moyens pour générer un signal exponentiel complexe I et Q à partir du signal de différence, des moyens pour calculer un indice de mérite à partir du signal exponentiel complexe, et des moyens pour déterminer la nature du signal entrant en comparant l'indice de mérite et l'estimation de fréquence angulaire ça avec deux valeurs de seuil prédéfinies. Conformément à un second aspect de la présente invention, il est également proposé un procédé pour détecter des signaux dans des systèmes de réseaux locaux sans fil selon les normes de communications 802.11, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter des signaux radar. Ces signaux radar peuvent être des signaux radar sinusoïdaux ou des signaux radar impulsionnels de type modulé en fréquence. Selon une caractéristique particulière de l'invention le procédé comprend l'étape qui consiste à projeter le vecteur de phase reçu sur le sousespace de signal orthogonalement au sous-espace d'impulsion de radar prévu et à calculer la norme du vecteur résultant. Le procédé peut comprendre les étapes qui consistent à capter un certain nombre d'échantillons de signaux I et Q reçus, à convertir les signaux en signaux I et Q numériques, à effectuer une compensation de décalage du niveau continu sur les signaux numériques, à déterminer la phase réelle cp du signal numérique, à déterminer la fréquence angulaire w et la phase initiale p du signal, à reconstituer la rampe de phase correspondant à la fréquence angulaire et à la phase initiale, à calculer un signal de différence 0 - cp en soustrayant la phase initiale de la phase réelle, à générer un signal exponentiel complexe I et Q et à accumuler les valeurs de celui-ci, à calculer un indice de mérite à partir de la valeur absolue de la somme résultante, et à déterminer la nature du signal entrant en comparant l'indice de mérite et l'estimation de fréquence angulaire w avec deux valeurs de seuil prédéfinies. Les objectifs visés par la présente invention sont plus précisément les suivants: - détecter la présence de tout radar opérant dans le canal concerné en période calme, - s'assurer que le radar est opérationnel et fonctionne en traitant une seule impulsion, - obtenir un faible taux de fausse alarme, et - intégrer la détection de radar dans la procédure de détection de paquets 802.11a normale. Comparativement aux solutions proposées par l'art antérieur, cette nouvelle solution permet de franchir une étape supplémentaire car elle traite toutes les impulsions reçues afin de déterminer la nature du signal reçu et de décider s'il s'agit d'un signal radar conformément aux normes. Ce nouveau système est toujours fondé sur la procédure de commande automatique de gain, mais nécessite maintenant que deux convertisseurs analogique/numérique soient activés pendant l'activation du mode de recherche de radar. D'un point de vue théorique, l'essence de l'innovation apportée par l'invention réside dans la projection du vecteur de phase reçu sur le sous-espace de signal orthogonalement au sous espace d'impulsion de radar prévu et dans le calcul de la norme du vecteur résultant. Plus la norme est proche de zéro, plus la probabilité que le signal reçu soit une impulsion de radar est grande. Cependant, d'un point de vue pratique, il est plus facile de calculer un produit scalaire entre le vecteur de phase reçu et un modèle adapté de celui-ci. Les buts, avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante d'un mode de réalisation préféré donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un détecteur de signal radar sinusoïdal; et la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un détecteur de radar utilisant des parties fonctionnelles d'un circuit de commande automatique de gain (CAG) et d'un récepteur de réseau local sans fil. Il existe deux systèmes possibles selon la nature de l'impulsion de radar reçue, à savoir un système de détection d'impulsion sinusoïdale et un système de détection d'impulsion modulée en fréquence. Détecteur d'impulsion sinusoïdale Le détecteur de signal radar sinusoïdal de la figure 1 repose sur le fait que toute fonction sinusoïdale est entièrement caractérisée par deux paramètres en termes de phase, qui sont sa fréquence angulaire et sa phase initiale. Par conséquent, le modèle de phase de l'impulsion sinusoïdale est une ligne affine dont la pente et l'intersection avec l'axe de la phase correspondent respectivement à la fréquence angulaire et à la phase initiale qui viennent d'être mentionnées. En résumé, dès qu'une rampe montante est détectée (parce qu'un signal important est présent dans la bande de fréquences), un court échantillon du signal entrant est prélevé et fait l'objet d'une compensation de décalage du niveau continu. Dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, trente-deux (32) échantillons de 60 MHz des signaux I et Q sont captés et convertis en signaux numériques par des convertisseurs analogique/numérique (ADC) (Bloc 1). On dispose d'une estimation grossière du décalage du niveau continu (DCO) grâce à un bloc indicateur d'intensité du signal reçu (RSSI) numérique, habituellement présent dans un récepteur de reseau WLAN et dans lequel une compensation du niveau continu est réalisée (bloc 2). Le signal est ensuite délivré au détecteur de radar. La phase réelle 0 du signal reçu est déterminée au moyen d'un ordinateur numérique à rotation de coordonnées (CORDIC) (bloc 3) et développée (blocs 4). Cette étape est suivie par la détermination des paramètres du modèle de phase, c'est-àdire la fréquence angulaire ça et la phase initiale 9. Le calcul de la fréquence angulaire ça et de la phase initiale cp est effectué grâce à la minimalisation d'une fonction de coût au sens de la méthode des moindres carrés, et ce calcul se réduit à celui de deux produits scalaires (bloc 5) . La rampe de phase correspondante est reconstituée (Bloc 6) et soustraite du signal de phase réelle 0. La différence de phase résultante, ainsi qu'une valeur constante, est saturée à un signal à 8 bits (Bloc 7) et délivrée à un rotateur CORDIC (bloc 8) pour que soit généré un signal exponentiel complexe I et Q dont des échantillons sont finalement cumulés (bloc 9). Le rotateur CORDIC exécute une rotation à l'aide d'une série d'angles de rotation incrémentiels spécifiques sélectionnés de façon que l'exécution de chacun consiste en un décalage et en une opération d'addition. Un indice de mérite est ensuite obtenu par un simple calcul de la valeur absolue de la somme résultante (bloc 10). L'indice de mérite mesure fondamentalement la différence de phase totale entre les signaux de phase réelle et idéale. Une décision concernant la nature du signal entrant est finalement prise par comparaison de l'indice de mérite et de l'estimation de la fréquence angulaire avec deux seuils prédéfinis (Bloc 11). Détecteur d'impulsion modulée en fréquence Le détecteur d'impulsion modulée en fréquence est simplement une extension du détecteur d'impulsion sinusoïdale décrit ci-dessus. Il repose exactement sur le même principe, excepté le fait que toute fonction d'impulsion modulée en fréquence nécessite au moins trois paramètres pour pouvoir être caractérisée en termes de phase, puisque le modèle de phase n'est plus un modèle de phase linéaire. D'un point de vue pratique, ceci se traduit par le fait qu'au moins un produit scalaire supplémentaire doit être calculé au cours de l'étape de traitement des signaux. Le détecteur de radar (bloc 20) représenté sur le schéma fonctionnel de la figure 2 utilise les parties fonctionnelles d'un circuit de commande automatique de gain (CAG) (bloc 21) et d'un récepteur de réseau WLAN. Le circuit CAG fournit un signal numérique et compensé en phase I et Q qui est délivré au détecteur de radar (bloc 20). Ce circuit fournit également au détecteur de radar un signal de "rejet" à chaque fois qu'une rampe montante du signal entrant est détectée. Le détecteur de radar de la présente invention apporte une amélioration considérable en matière de réduction du taux de fausse alarme sans dégrader la vitesse de détection. Bien que la description précédente ait porté sur un mode de réalisation préféré de la présente invention, celle-ci n'est bien entendu pas limitée à l'exemple particulier décrit et illustré ici, et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à être utilisé dans des systèmes de réseaux locaux sans fil selon les normes de communications 802.11, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de signaux radar. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de signaux radar comprend des moyens (3) pour déterminer la phase réelle c d'un signal reçu, des moyens (5) pour calculer la fréquence angulaire c* et la phase initiale cp à partir du signal de phase réelle, des moyens (6) pour déterminer la rampe de phase correspondant à la fréquence angulaire et à la phase initiale et pour calculer un signal de différence 0 - cp en soustrayant la phase initiale de la phase réelle, des moyens (8) pour générer un signal exponentiel complexe I et Q à partir du signal de différence, des moyens (10) pour calculer un indice de mérite à partir du signal exponentiel complexe, et des moyens (11) pour déterminer la nature du signal entrant en comparant l'indice de mérite et l'estimation de fréquence angulaire w avec deux valeurs de seuil prédéfinies. 3. Procédé pour détecter des signaux dans des systèmes de réseaux locaux sans fil selon les normes de communications 802.11, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter des signaux radar. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les signaux radar détectés sont des signaux radar sinusoïdaux. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les signaux détectés sont des signaux radar impulsionnels de type modulé en fréquence. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape qui consiste à projeter le vecteur de phase reçu sur le sous-espace de signal orthogonalement au sous-espace d'impulsion de radar prévu et à calculer la norme du vecteur résultant. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à capter un certain nombre d'échantillons de signaux I et Q reçus, à convertir les signaux en signaux I et Q numériques, à effectuer une compensation de décalage du niveau continu sur les signaux numériques, à déterminer la phase réelle cp du signal numérique, à déterminer la fréquence angulaire ça et la phase initiale cp du signal, à reconstituer la rampe de phase correspondant à la fréquence angulaire et à la phase initiale, à calculer un signal de différence 0 - cp en soustrayant la phase initiale de la phase réelle, à générer un signal exponentiel complexe I et Q et à accumuler les valeurs de celui-ci, à calculer un indice de mérite à partir de la valeur absolue de la somme résultante, et à déterminer la nature du signal entrant en comparant l'indice de mérite et l'estimation de fréquence angulaire w avec deux valeurs de seuil prédéfinies.