Brevet FR2960111A1 — publié le 20111118

Procédé et dispositif de démodulation d'un signal de type DVB-S2 soumis à des perturbations La présente invention concerne un procédé et un dispositif de démodulation d'un signal de type « Digital Video Broadcasting » ou DVB soumis à des perturbations. Elle s'applique notamment à la démodulation d'une forme d'onde de type DVB-S2 dans un environnement électromagnétique perturbé et/ou à partir d'un engin mobile, tel que par exemple un avion ou un véhicule. Par environnement électromagnétique perturbé, on entend le fait de recevoir, à travers l'antenne du dispositif, un signal intermittent, subissant des variations de fréquence induites par le décalage Doppler ou mélangé à des signaux interférents du fait du faible pouvoir discriminant de l'antenne de réception dont la taille a été réduite pour pouvoir être embarquée. Les moyens standards de démodulation de signaux émis sur une forme d'onde de type DVB-S2 se présentent généralement sous la forme d'un circuit intégré, ou ASIC, acronyme anglo-saxon pour « Application Specific Integrated Circuit ». Ces circuits, produits en grand nombre, permettent de démoduler des signaux de télédiffusion émis par des satellites. Ils sont généralement utilisés dans un contexte immobile et dans un environnement électromagnétique peu perturbé. Par exemple, ils reçoivent des signaux captés par une antenne postée sur le toit d'un immeuble. Dans ces conditions, les signaux émis sur une forme d'onde DVB-S2 sont reçus avec un taux d'erreur acceptable et donc démodulés sans problème majeur. Ces circuits sont extrêmement intégrés. De ce fait ils occupent un espace faible et consomment très peu de puissance électrique pour une capacité de calcul très élevée qui permet de réaliser de très bonnes performances, très proches des bornes théoriques. La transmission de données depuis ou à destination de plateformes mobiles, par exemple des aéronefs ou des véhicules, impose l'utilisation de formes d'onde particulières pour résister aux distorsions imposées par le canal de transmission et par le déplacement de la plateforme. Par exemple, les communications peuvent subir des coupures, notamment à cause de l'apparition d'obstacles sur le chemin de transmission. Par exemple lorsqu'une voiture pourvue d'un récepteur de signaux passe sous un pont, aucun signal n'est capté. Même en cas de coupures brèves, l'ASIC de démodulation a besoin d'un temps minimal pour démoduler de nouveau les signaux reçus, par exemple égal à une seconde. Par ailleurs, dans le cas d'une communication reçue sur des engins évoluant à une vitesse élevée, tels qu'un avion, les signaux sont affectés d'un décalage Doppler non négligeable, susceptible d'interrompre la liaison. Surtout, ils peuvent connaître des inversions de décalage Doppler, par exemple lorsqu'un aéronef fait demi-tour. Pour résoudre ces problèmes, des circuits en logique programmable, par exemple de type FPGA (« Field Programmable Gate Array ») ont été développés. Ces circuits permettent de démoduler des formes d'onde DVB-S2 étalés en fréquence, donc plus robustes aux perturbations éventuelles. Toutefois, cette solution comporte de multiples inconvénients. Elle représente un coût élevé, un encombrement important (quatre FPGA de forte capacité seraient nécessaires) et une grande dissipation de chaleur. A titre d'illustration, un FPGA de démodulation peut consommer jusqu'à 4W, ce qui conduirait, avec quatre FPGA, à dissiper 16W pour réaliser la fonction de démodulation. Aussi, cette solution est peu satisfaisante, en particulier lorsque le démodulateur doit être embarqué dans une plate-forme à l'espace limité devant opérer à des températures élevées avec de faibles capacités de dissipation. Un but de l'invention est de démoduler, à moindre coût, dans un dispositif à faible encombrement et avec une faible dissipation de chaleur, des signaux émis sur une forme d'onde de type DVB, à partir d'un récepteur situé dans un environnement électromagnétique perturbé, notamment à partir d'un récepteur mobile. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de démodulation robuste de signaux émis par un satellite sur une forme d'onde de type signal de diffusion TV de seconde génération, par exemple DVB-S2, le dispositif étant alimenté par un syntoniseur recevant un signal incident perturbé, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il est adapté à fonctionner sur une plate-forme mobile et/ou dans un environnement électromagnétique perturbé, le dispositif comprenant un circuit programmable configuré pour mettre le signal perturbé issu du syntoniseur et numérisé, dans une forme compatible d'un circuit intégré apte à démoduler un signal de diffusion non étalé en fréquence et peu perturbé, le dispositif comprenant un tel circuit intégré de démodulation alimenté par le signal mis en forme. L'architecture du dispositif permet la démodulation à moindre coût et avec une très bonne intégration d'un signal de diffusion vidéo ayant subi des modifications pour le rendre robuste aux perturbations induites par l'environnement de transmission. Selon un mode de réalisation du dispositif de démodulation robuste selon l'invention, le circuit programmable est configuré pour corriger un décalage en fréquence Doppler subi par le signal incident par l'analyse des données de positionnement du récepteur et la compensation de ce Doppler par décalage en fréquence appliqué numériquement sur les échantillons du signal reçu. Selon un mode de réalisation du dispositif de démodulation robuste selon l'invention, le circuit programmable est configuré pour restaurer la continuité du signal incident en plaçant pendant les périodes du signal numérisé ne contenant aucune trame, des trames de remplissage, de sorte que le signal soit continu en entrée du circuit intégré de démodulation. Selon un mode de réalisation du dispositif de démodulation robuste selon l'invention, où le signal incident étant étalé en fréquences par une séquence, le circuit programmable est configuré pour désétaler le signal incident en appliquant sur le signal, préalablement numérisé, la séquence d'étalement ayant été utilisée à l'émission pour étaler le signal. Selon un mode de réalisation du dispositif de démodulation robuste selon l'invention, le circuit programmable est configuré pour ajuster le rythme symbole du signal incident au rythme symbole minimum accepté par le circuit intégré, lorsque le signal incident non étalé en fréquence a un rythme symbole inférieur à ce rythme symbole minimum, l'ajustement du rythme symbole étant effectué en insérant des trames supplémentaires dans le signal incident numérisé. Selon un mode de réalisation du dispositif de démodulation robuste selon l'invention, le circuit programmable comprend une entrée apte à recevoir des paramètres de navigation issus de la plate-forme mobile, lesdits paramètres étant utilisés par le circuit programmable pour corriger le décalage Doppler dont le signal incident est affecté. L'invention a également pour objet un récepteur robuste de signaux de type diffusion TV numérique, ledit récepteur comprenant un syntoniseur alimenté par une antenne, le syntoniseur fournissant un signal analogique sous la forme de deux voies I, Q transmises à un convertisseur analogique-numérique, caractérisé en ce que ledit convertisseur analogique-numérique alimente un dispositif de démodulation tel que décrit plus haut. L'invention a également pour objet un procédé de démodulation de signaux de type diffusion TV numérique, par exemple DVB-S2, émis par un satellite, le procédé étant caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans un récepteur placé sur une plate-forme mobile et/ou dans un environnement électromagnétique perturbé, le récepteur comprenant un syntoniseur recevant un signal incident perturbé alimentant un circuit programmable, et un circuit intégré, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes : - numériser le signal incident perturbé issu du syntoniseur ; - le circuit programmable applique sur le signal perturbé et numérisé des corrections afin de mettre ledit signal dans une forme compatible d'un circuit intégré apte à démoduler un signal DVB non étalé en fréquence et peu perturbé ; - le circuit intégré démodule le signal issu du circuit programmable. D'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description détaillée donnée à titre d'exemple et non limitative qui suit faite en regard de 25 dessins annexés qui représentent : la figure 1, un premier exemple de récepteur comprenant un dispositif de démodulation selon l'invention ; la figure 2, un deuxième exemple de récepteur comprenant un dispositif de démodulation selon l'invention pouvant être désactivé. 30 La figure 1 présente un exemple de récepteur comprenant un dispositif de démodulation selon l'invention. Le récepteur 100 en bande L, par exemple installé sur une plate-forme mobile, comprend un syntoniseur 102 (plus souvent désigné par le terme « tuner »), apte à recevoir par exemple des signaux dans la bande 950 MHz-2150 MHz, et un convertisseur 35 analogique/numérique 104 alimentant un dispositif 106 de démodulation selon l'invention. Le dispositif 106 comprend un circuit programmable, par exemple un FPGA 108 apte à recevoir un signal numérique 124 et à produire un signal numérique de sortie 125, lequel signal 125 est reçu par un convertisseur numérique/analogique 110 alimentant un ASIC standard 112 apte à démoduler un signal DVB peu perturbé, reçu généralement sur une antenne fixe. Un signal incident 121 issu d'une antenne de réception placée sur la plate-forme mobile (non représentée) est traité par le syntoniseur 102, lequel, après avoir effectué une transposition fréquentielle et un filtrage du signal incident 121, produit en sortie le signal filtré sous la forme de deux voies I et Q séparées. Ces deux voies I et Q pourraient être traitées par un ASIC standard de démodulation si le signal incident 121 n'avait pas été transmis sur une forme d'onde particulière apte à résister aux perturbations dues, dans l'exemple, aux problèmes de réception liés à la mobilité de la plate-forme sur laquelle est installé le récepteur 100. L'ASIC 112 est apte à démoduler un signal DVB-S2 si celui-ci respecte certaines contraintes sur la forme d'onde. Par exemple, la variation Doppler doit être inférieure à 200Hz/s et le rythme symbole, c'est-à-dire que le nombre de symboles transmis par seconde, doit être au moins égal à 512 Ksps (kilo-symboles par seconde, à ne pas confondre avec Kpbs, désignant des kilo-bits par seconde), l'étalement en fréquence appliqué au signal doit être limité, et les variations rapides de la fréquence doivent être évitées. Dans l'exemple, le signal incident 121 est transmis sur une forme d'onde particulière, plus précisément sur une forme d'onde à étalement de fréquence, de manière à mieux résister aux déformations subies par l'environnement. De plus, le signal incident a pu subir des perturbations, par exemple un décalage Doppler et des coupures. Aussi, le signal filtré I, Q issu du syntoniseur 102 est tout d'abord converti en signal numérique 124, grâce au convertisseur analogique/numérique 104, puis le signal numérique 124 est traité par le FPGA 108 pour le mettre dans une forme compatible du fonctionnement de l'ASIC 112. L'adjonction du FPGA 108 en amont du circuit ASIC 112 de démodulation permet donc de transformer le signal incident 121 pour le rendre compatible avec l'ASIC standard de démodulation 112. Le FPGA 108 réalise les fonctions décrites ci-après. En premier lieu, il comprend une fonction de synchronisation et éventuellement de désétalement du signal. L'étape de synchronisation permet de détecter les débuts de trame du signal, par exemple par corrélation avec une séquence connue dans le signal (préambule). Le FPGA 108 effectue également un désétalement du signal. La séquence utilisée pour l'étalement est appliquée sur le signal pour retrouver le rythme symbole initial du signal utile. Une deuxième fonction effectuée par le FPGA 108 est la correction de décalage Doppler subi par le signal incident. Pour cette deuxième fonction, le FPGA 108 peut prendre en compte des paramètres de navigation 122 fournis par la plate-forme mobile supportant le récepteur 100. Par exemple, la plate-forme peut transmettre des informations de vitesse et la direction de déplacement de la plate-forme pour déterminer la correction à appliquer au signal. La correction est calculée par un algorithme prédictif, connu de l'homme de l'art, issu d'un filtrage des calculs de position et appliquée via un multiplieur de fréquence implémenté en numérique. Une troisième fonction prise en charge par le FPGA 108 est la complétion du signal avec des trames vides lorsque le signal incident a subi des coupures. En effet, lorsque l'ASIC 112 reçoit un signal avec une absence de trames, même pendant une courte période, celui-ci nécessite un temps de ré-acquisition important pour trouver la forme d'onde utilisée par le signal et se synchroniser de nouveau. Le FPGA 108 place donc des trames de remplissage, pendant les périodes pendant lesquelles le signal reçu ne contient aucune trame. Par exemple, les trames placées dans le signal peuvent être des trames vides de données. Une quatrième fonction effectuée par le FPGA 108 est la régulation du rythme symbole, de manière à ce que le signal en entrée de l'ASIC 112 ait toujours le rythme symbole minimum attendu, soit dans l'exemple un minimum de 512 Ksps. Un rôle du FPGA 108 est donc d'augmenter le rythme symbole lorsque celui-ci est inférieur au seuil précité. Par conséquent, il peut insérer des trames de manière à augmenter le rythme symbole jusqu'à atteindre ce seuil lorsque le rythme symbole après désétalement du signal s'avère insuffisant. Le FPGA 108 place dans ce cas de façon systématique des trames avec des paquets vides entre les trames de données restituées pour atteindre le rythme symbole minimum requis. A titre d'illustration, pour un signal incident 121 modulé en DVB-S2 QSPK 1/4 et étalé en fréquence par un facteur 2, avec un débit de 1 Mchip/s, soit 512 Ksps, et une variation Doppler de 800Hz/s, on obtient en sortie du FPGA 108, un signal 125 non étalé à 512 Ksps avec 100 Hz/s de variation Doppler, le débit utile restant inchangé à 256 Kbps. Selon un exemple illustrant le rétablissement de la continuité du signal, pour un signal incident 121 modulé en DVB-S2 QSPK '/4 et étalé en fréquence par un facteur 4, avec un débit de 512 Kchip/s, soit 128 Ksps, et une variation Doppler de 800Hz/s, on obtient en sortie du FPGA 108, un signal 125 non étalé à 512 Ksps avec 100 Hz/s de variation Doppler, le débit utile restant inchangé à 64 Kbps avec 192 Kbps de trames vides ajoutées. Le signal numérique 125 produit par le FPGA 108 est traité par le convertisseur numérique/analogique 110 puis transmis sur deux voies I, Q à l'ASIC de démodulation 112. Selon un mode de réalisation alternatif du dispositif selon l'invention, illustré en figure 2, un premier commutateur 201 est placé en sortie du syntoniseur 102, et un deuxième commutateur 202 est placé en entrée de l'ASIC 112. Les deux commutateurs 201, 202 sont commandés concomitamment de manière à activer ou désactiver le FPGA 108. Ainsi, lorsque le premier commutateur 201 est commandé pour aiguiller les deux voies I, Q issues du syntoniseur 102 vers le convertisseur analogique/numérique 104, alors le deuxième commutateur 202 est commandé pour aiguiller le signal issu du convertisseur numérique-analogique 110 vers l'ASIC 112. Le FPGA 108 est alors activé. A contrario, lorsque le premier commutateur 201 est commandé pour aiguiller les voies I, Q issues du syntoniseur 102 vers le deuxième commutateur 202, alors le deuxième commutateur 202 est commandé pour aiguiller ces deux voies I, Q directement vers l'ASIC 112. Le circuit FPGA 108 est alors désactivé. Grâce au dispositif selon l'invention, l'ASIC 112 peut être configuré pour exploiter le caractère stable de la modulation des trames. Par exemple, si le signal entrant dans l'ASIC contient systématiquement des trames modulées en QPSK et à un rythme de 40 Msps, l'ASIC peut être configuré pour démoduler directement le signal. Cette configuration offre l'avantage de rendre le dispositif capable de traiter des signaux à haut débit lorsque la puissance de calcul du FPGA, choisi volontairement avec une capacité moyenne, ne permet pas de traiter le signal. Les ASIC de démodulation DVB-S2, présents dans les récepteurs grand public, sont produits en très grand nombre, ce qui permet d'obtenir un faible coût unitaire. Le dispositif selon l'invention bénéficie de ce faible coût. II permet d'éviter les coûts de développement d'un nouvel ASIC prenant en compte les contraintes de mobilité et/ou de perturbation de l'environnement électromagnétique. Par ailleurs, il nécessite des développements minimaux, par exemple réalisables avec un FPGA de capacité réduite, puisque les fonctions de décodage déjà optimisées dans l'ASIC sont réutilisées. Classiquement, la fonction de décodage du signal DVB-S2 représente une grande proportion de la surface de silicium occupée dans l'ASIC, environ 90%. Ainsi, le dispositif selon l'invention peut être proposé pour un surcoût négligeable par rapport à un ASIC de démodulation standard. Les ASIC de démodulation DVB-S2 présents dans les récepteurs ont aussi des très bonnes performances en termes de dissipation et d'intégration. Ce sont des caractéristiques essentielles pour pouvoir être embarqué sur des porteurs mobiles opérant dans une large gamme de conditions climatiques, est c'est donc un point clef pour réaliser un produit compétitif en taille et en consommation. REVENDICATIONS1. Dispositif de démodulation robuste (106) de signaux émis par un satellite sur une forme d'onde de type signal de diffusion TV de seconde génération, par exemple DVB-S2, le dispositif étant alimenté par un syntoniseur (102) recevant un signal incident perturbé (121), le dispositif (106) étant caractérisé en ce qu'il est adapté à fonctionner sur une plate-forme mobile et/ou dans un environnement électromagnétique perturbé, le dispositif (106) comprenant un circuit programmable (108) configuré pour mettre le signal perturbé issu du syntoniseur (102) et numérisé (124), dans une forme compatible d'un circuit intégré apte à démoduler un signal de diffusion non étalé en fréquence et peu perturbé, le dispositif (106) comprenant un tel circuit intégré de démodulation (112) alimenté par le signal mis en forme (125). 2. Dispositif de démodulation de signaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit programmable (108) est configuré pour corriger un décalage en fréquence Doppler subi par le signal incident (121) par l'analyse des données de positionnement du récepteur et la compensation de ce Doppler par décalage en fréquence appliqué numériquement sur les échantillons du signal reçu. 3. Dispositif de démodulation de signaux selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit programmable (108) est configuré pour restaurer la continuité du signal incident (121) en plaçant pendant les périodes du signal numérisé (124) ne contenant aucune trame, des trames de remplissage, de sorte que le signal soit continu en entrée du circuit intégré (112) de démodulation. 4. Dispositif de démodulation de signaux selon la revendication 1 à 3, le signal incident étant étalé en fréquences par une séquence, caractérisé en ce que le circuit programmable (108) est configuré pour désétaler le signal incident (121) en appliquant sur le signal, préalablement numérisé(124), la séquence d'étalement ayant été utilisée à l'émission pour étaler le signal. 5. Dispositif de démodulation de signaux selon la revendication 2 à 4, caractérisé en ce que le circuit programmable (108) est configuré pour ajuster le rythme symbole du signal incident (121) au rythme symbole minimum accepté par le circuit intégré (112), lorsque le signal incident (121) non étalé en fréquence a un rythme symbole inférieur à ce rythme symbole minimum, l'ajustement du rythme symbole étant effectué en insérant des trames supplémentaires dans le signal incident numérisé (124). 6. Dispositif de démodulation de signaux selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le circuit programmable (108) comprend une entrée apte à recevoir des paramètres de navigation (122) issus de la plate-forme mobile, lesdits paramètres étant utilisés par le circuit programmable (108) pour corriger le décalage Doppler dont le signal incident (121) est affecté. 7. Récepteur (100) robuste de signaux de type diffusion TV numérique, ledit récepteur comprenant un syntoniseur (102) alimenté par une antenne, le syntoniseur (102) fournissant un signal analogique sous la forme de deux voies I, Q transmises à un convertisseur analogique-numérique (104), caractérisé en ce que ledit convertisseur analogique-numérique (104) alimente un dispositif de démodulation (106) selon l'une des revendications 1 à 6. 8. Procédé de démodulation de signaux de type diffusion TV numérique, par exemple DVB-S2, émis par un satellite, le procédé étant caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans un récepteur (100) placé sur une plate-forme mobile et/ou dans un environnement électromagnétique perturbé, le récepteur (100) comprenant un syntoniseur (102) recevant un signal incident perturbé (121) alimentant un circuit programmable (108), et un circuit intégré (112), le procédé comprenant au moins les étapes suivantes :- numériser (104) le signal incident perturbé (121) issu du syntoniseur (102) - le circuit programmable (108) applique sur le signal perturbé et numérisé (124) des corrections afin de mettre ledit signal dans une 5 forme compatible d'un circuit intégré apte à démoduler un signal DVB non étalé en fréquence et peu perturbé ; - le circuit intégré (112) démodule le signal issu du circuit programmable (108).