Brevet FR2990273A1 — publié le 20131108

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne le domaine de la radio cognitive et en particulier la détection d'une sous bande de fréquence dans une bande de fréquence analysée afin notamment de détecter un équipement de communication 5 occupant la sous bande de fréquence. ETAT DE LA TECHNIQUE Une radio cognitive est un système de télécommunication capable de configurer ses paramètres radio en fonction de son environnement. 10 Une application prometteuse de la radio cognitive consiste en l'amélioration de l'occupation du spectre en recourant à une gestion du spectre dynamique. Ainsi, une radio cognitive peut détecter si une portion du spectre est utilisée ou non et temporairement l'occuper sans créer d'interférence aux 15 autres utilisateurs. Comme tout système radio fréquence, la radio cognitive doit se conformer aux règles dictées par les organismes de régulation du spectre. Aujourd'hui, ces organismes (notamment la «Federal Communications Commission » (FCC) aux Etats-Unis) commencent à 20 autoriser l'utilisation de radio cognitive dans les bandes libérées par le dividende numérique. On peut à se titre se référer au document FCC : « Second Memorandum Opinion and Order », septembre 2010. On parle dans ce cas d'espace vide entre les zones de couverture des stations de télévision. (en anglais, « TV white space »). 25 Dans les bandes UHF (c'est-à-dire Ultra Haute Fréquences, fréquences comprises entre 300 MHz et 3000 MHz, notamment entre 470 MHz et 790 MHz (bandes TV-UHF)) les utilisateurs primaires, c'est-à-dire les utilisateurs pour lesquels une licence d'accès au spectre est octroyée, sont la télévision numérique et les microphones sans fil. Il est envisagé que ces 30 utilisateurs primaires, soient prioritaires par rapport aux nouveaux systèmes cognitifs. Le partage du spectre est donc effectué en privilégiant la qualité de service et donc le signal de ces utilisateurs primaires. On dit alors qu'il faut protéger le système primaire des systèmes secondaires cognitifs. En pratique, les utilisateurs primaires correspondent aux utilisateurs ayant un accès prioritaire au spectre. Si les systèmes de télévisions numériques peuvent être protégés efficacement par la définition d'une base de données et sa consultation par géolocalisation, cette solution est difficilement applicable aux microphones sans-fil, leur nombre important et leur déploiement aléatoire rendent la mise à jour d'une base de données impossible. La détection de spectre est donc toujours la solution pour protéger les microphones. Contrairement à la détection de signaux de télévision numérique, qui peut utiliser les caractéristiques cyclostationnaires de la modulation OFDM, la détection du spectre de microphones sans fil est difficile en raison du peu de caractéristiques a priori de son signal. On connait des solutions fondées sur des détecteurs aveugles (voir le document H.-S. Chen, W. Gao, and D. Daut, « Spectrum sensing for wireless microphone signais », IEEE Sensor, Mesh and Ad Hoc Communications and Networks Workshops (SECON08), juin 2008). Ces solutions sont fondées sur une décomposition en valeurs propres (voir le document S. Xu, Y. Shang, and H. Wang, « SVD based Sensing of a Wireless Microphone Signal in Cognitive Radio Networks », IEEE International Conference on Communications Systems, novembre 2008), une corrélation spectrale (voir le document N. Han, S. H. Shon, J. O. Joo, and J. M. Kim, "Spectral correlation based signal detection method for spectrum sensing in IEEE 802.22 WRAN systems », International Conference on Advanced Communication Technology, février 2006) ou un détecteur d'énergie (voir le document M. Ghosh, V. Gaddam, G. Turkenich, and K. Challapali, « Spectrum Sensing Prototype for Sensing ATSC and Wireless Microphone Signais », International Conference on Cognitive Radio Oriented Wireless Networks and Communications (CROWNCOM08), mai 2008). Une des propriétés communes de ces algorithmes est qu'ils supposent la détection de signaux à large bande. Cependant, la bande de télévision européenne est composée de 48 canaux de 8 MHz de bande passante. Chaque bande doit être analysée pour la détection des microphones. Leur détection est donc effectuée dans un contexte bande étroite si on compare l'occupation spectrale des microphones (environ 100200 kHz) à la largeur d'un canal UHF (8MHz). Pour résoudre ce problème des solutions larges bandes sont connues. Le document WO 2009130372 décrit une telle solution large bande pour la détection d'un signal à bande étroite. Les solutions larges bandes connues n'ont pas donné satisfaction : elles ne sont pas assez précises. Il existe par conséquent un besoin de proposer une solution pour détecter un signal dans un signal large bande. 15 PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose un procédé de détection d'une sous bande de fréquence plus étroite que la bande de fréquence analysée. A cet effet, l'invention propose un procédé de détection d'un signal 20 dans une sous-bande de fréquence d'une bande de fréquence d'un signal acquis y(t), le procédé comprenant : - une acquisition du signal y(t) dans une bande de fréquence ; - une analyse fréquentielle dudit signal acquis y(t) pour obtenir au moins un signal fréquentiel Y à N, composantes fréquentielles ; 25 - un découpage en M sous-bandes de fréquence i de taille N du signal fréquentiel Y, la taille de chaque sous-bande de fréquence étant fonction de la largeur de bande du signal à détecter ; - une détermination, dans le domaine fréquentiel, pour chaque sous- bande de fréquence, d'un critère T,,i= .,M fonction de l'énergie du signal dans la sous-bande de fréquence i et du coefficient deux de la fonction d'autocorrélation du signal dans la sous-bande de fréquence i ; - une décision, en fonction du critère Tt, pour déterminer si un signal est détecté dans la sous bande 1. Le procédé de l'invention peut avantageusement être complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - l'analyse fréquentielle consiste à: o découper le signal acquis dans le domaine temporel en Nt>1 blocs de N FFT échantillons ; o effectuer une conversion série/parallèle de chacun des Nt blocs pour obtenir N, échantillons parallèles ; o déterminer, pour chacun des Nt blocs, la transformée de Fourier de chacun des Nt blocs pour obtenir le signal fréquentiel Y à N, composantes fréquentielles pour chacun desNt blocs. - on découpe en 11/- sous-bandes de fréquence i de taille N (N 0, le nombre d'échantillons se recouvrant par FFT est égal à N, xa ; si a L'invention concerne en outre un équipement de communication, tel qu'un microphone comprenant un dispositif de détection selon l'invention. L'invention présente de nombreux avantages. Comme la détection est effectuée dans le domaine fréquentiel, l'invention permet une analyse large bande où la détection est effectuée sur plusieurs bandes de fréquence plutôt que sur une bande à la fois. En outre, la détection est plus précise et plus rapide qu'avec les techniques connues. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un dispositif de détection selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 illustre des étapes d'un procédé de détection selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 illustre des sous-étapes d'une étape d'un procédé de sélection selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 illustre des performances de détection obtenues au moyen d'un procédé et d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En relation avec la figure 1 un dispositif de détection, selon un mode de réalisation de l'invention, comprend une unité d'acquisition 10 pour acquérir El un signal y(t) dans une bande de fréquence. Le dispositif de détection va permettre de détecter si au moins une sous-bande de fréquence est occupée par exemple par un équipement de 15 communication émettant dans un réseau de télécommunication défini dans la bande UHF. L'équipement de communication peut être un émetteur de signaux DVB-T de largeur de bande 8MHz ou un microphone sans fil émettant un signal de largeur de bande de 100kHz à 200kHz. 20 Ainsi, on va détecter si une sous-bande de fréquence de largeur inférieure à la bande du signal y(t) est occupée. Une fois le signal y(t) acquis, une unité d'analyse fréquentielle 20 effectue l'analyse E2 fréquentielle du signal acquis y(t). Cette analyse E2 fréquentielle consiste à découper El 0 le signal 25 acquis dans le domaine temporel en Nt blocs comprenant N, échantillons puis à effectuer El 1 bloc par bloc une conversion série/parallèle des N, échantillons au moyen d'un convertisseur série/parallèle. De manière alternative ou complémentaire, on peut avant la conversion série/parallèle, introduire un chevauchement des échantillons de blocs adjacents ou bien introduire des échantillons supplémentaires entre chaque bloc ou entre chaque composante fréquentielle au moyen d'une unité 200 de prétraitement des blocs. On fixe par conséquent le nombre N, d'échantillons tel que le 5 nombre d'échantillon total soit égal à Ntx N FFT(1- a) où avec cc est un taux de recouvrement entre échantillons adjacents et où - si a > O, le nombre d'échantillons se recouvrant par FFT est égal à N FFT X a ; - si a A l'issu de ce découpage, au moyen de plusieurs unités de découpage 40i (i=1,...,M), on détermine E4, dans le domaine fréquentiel, pour chaque sous-bande de fréquence i un critère Tt, = fonction de l'énergie du signal dans la sous-bande de fréquence i et du coefficient 2 de la fonction d'autocorrélation du signal dans la sous-bande de fréquence 1. Ainsi on dispose de Nt critères par sous-bande i de fréquence. Ce critère T, est la version fréquentielle du critère de Teager-Kaiser. A ce titre on pourra se référer aux documents M. Gautier, M. Laugeois and D. Noguet : "Teager-Kaiser energy detector for narrowband wireless microphone spectrum sensing", dans Proc. of the 5th Int. Conf. Cognitive Radio Oriented Wireless Networks and Communications (CROWNCOM), Cannes, France, Juin 2010 et J. F. Kaiser : "On simple algorithm to calculate the energy of signal," IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP90), avril 1990. Dans le domaine fréquentiel, ce critère s'exprime par : T . = C [0] - C [2] Y Y N-1 avec Ç[O] = /7(v )7* ) la fonction d'autocorrélation du signal dans la v=0 N-1 27r i±2 sous-bande de fréquence i et G/y[2] = Y(v)/7*(v)e N le coefficient v=0 2 de la fonction d'autocorrélation dans la sous-bande de fréquence 1. Le critère Tt, est alors moyenné sur Nt valeurs, pour rejeter le bruit de la mesure et construire le critère moyenné noté T1. Ensuite, par l'intermédiaire d'unité de décisions 50i, on décide (E5), en fonction du critère T1, si un équipement émet un signal dans la sous bande 1. L'unité de décision peut utiliser un seuil T REF si T, est supérieur à T REF , un signal bande étroite est détecté, sinon aucun signal bande étroite n'est détecté. Le choix de ce seuil peut se faire par simulation en utilisant un critère de fausse détection et de non détection du signal bande étroite (microphone sans fil). Ainsi, à l'issu de cette étape de décision E5 il est possible de déterminer si des bandes de fréquence i sont libres et éventuellement 10 d'allouer E6 les bandes de fréquence libres à des équipements de communication. On a illustré sur la figure 4 les performances de détection obtenues par le dispositif et le procédé de l'invention. On a analysé une bande de fréquence 8 MHz correspondant aux 15 spécifications européennes des bandes UHF. Le signal en bande de base du microphone est émis avec les paramètres suivants : - le signal modulant à une bande de fréquence de 20 kHz, - la déviation FM est égale à 3, - la fréquence porteuse est égale à 100 kHz ; et 20 - la puissance du bruit est fixé à OdBm. Dans ces conditions, le signal transmis a une bande de fréquence de 100 kHz environ. On fixe Nt à 4096. Sur la figure 3 est en particulier illustrée la sensibilité de la détection 25 en fonction du nombre de sous bandes. La sensibilité est le rapport signal à bruit (en anglais, « Signal to Noise Ratio », (SNR)) minimum que le dispositif de détection peut détecter avec une probabilité de détection de 95 % et de fausse alarme de 1°A. On constate grâce à cette figure que l'on peut détecter des signaux avec une sensibilité de -17dB obtenue pour M=128. Une amélioration de 8dB est ainsi obtenue par rapport à M=1. REVENDICATIONS1. Procédé de détection d'un signal dans une sous-bande de fréquence d'une bande de fréquence d'un signal acquis y(t), le procédé comprenant : - une acquisition (El) ) du signal y(t) dans une bande de fréquence ; - une analyse (E2) fréquentielle dudit signal acquis y(t) pour obtenir au moins un signal fréquentiel Y à N, composantes fréquentielles ; - un découpage (E3) en M sous-bandes de fréquence i de taille N du signal fréquentiel Y, la taille de chaque sous-bande de fréquence étant fonction de la largeur de bande du signal à détecter ; - une détermination (E4), dans le domaine fréquentiel, pour chaque sous-bande de fréquence, d'un critère fonction de l'énergie du signal dans la sous-bande de fréquence i et du coefficient deux de la fonction d'autocorrélation du signal dans la sous-bande de fréquence i ; - une décision (E5), en fonction du critère Tt, pour déterminer si un signal est détecté dans la sous bande 1. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'analyse fréquentielle (E2) consiste à: - découper (E10) le signal acquis dans le domaine temporel en Nt >1 blocs de N FFT échantillons ; - effectuer (E11) une conversion série/parallèle de chacun des Nt blocs pour obtenir N, échantillons parallèles ;- déterminer (E12), pour chacun des Nt blocs, la transformée de Fourier de chacun des Nt blocs pour obtenir le signal fréquentiel Y à N, composantes fréquentielles pour chacun des Nt blocs. 3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on découpe (E3) en M sous-bandes de fréquence i de taille N (N 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant un prétraitement des blocs consistant à fixer N, tel que Nt x N FFT - a) est le nombre d'échantillons du signal y(t) temporel découpé où cc est un taux de recouvrement entre échantillons adjacents.. 5. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel - si a > O, le nombre d'échantillons se recouvrant par FFT est égal à N FF-T, a - Si a 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape 25 de découpage (E3) consiste à balayer fréquentiellement la bande de fréquence du signal acquis au moyen d'un fenêtrage glissant en fréquence le long de ladite bande de fréquence. 7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la taille N de chaque sous-bande de fréquence i est définie par N = N, où OR M(1- OR) ' est un taux de chevauchement entre deux sous-bandes adjacentes. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le critère T, est défini par T = C" [0] - [2] , T. Y N-1 avec Ç[O] = I17(v)17*(v) la fonction d'autocorrélation du signal dans la v=0 N-1 27r i±2 sous-bande de fréquence i et Cy [2] = Y(v )Y* (v)e N le coefficient v=0 deux de la fonction d'autocorrélation dans la sous-bande de fréquence 1. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant une étape selon laquelle en fonction du résultat de la détection, on alloue (E6) à 15 un ou plusieurs équipement(s) de communication une sous bande de fréquence du réseau de télécommunication. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le signal acquis provient d'un microphone. 20 11. Dispositif de détection d'un signal dans une sous-bande de fréquence d'une bande de fréquence d'un signal acquis, le dispositif comprenant : une unité d'acquisition (10) pour acquérir (El) ) ledit signal y(t) dans une bande de fréquence ;- une unité d'analyse fréquentielle (20) pour effectuer une analyse (E2) fréquentielle dudit signal acquis y(t) pour obtenir au moins un signal fréquentiel Y à NF composantes fréquentielles - une unité de découpage (30) pour découper (E3) en M sous-bandes de fréquence i de taille N le signal fréquentiel , la taille de chaque sous-bande de fréquence étant fonction de la largeur de bande du signal à détecter ; - au moins une unité de détermination (40;) pour déterminer (E4), dans le domaine fréquentiel, pour chaque sous-bande de fréquence un critère T fonction de l'énergie du signal dans la sous- bande de fréquence i et du coefficient deux de la fonction d'autocorrélation du signal dans la sous-bande de fréquence i ; - au moins une unité de décision (50;) pour décider (E5), en fonction du critère Tt, si un signal est détecté dans la sous bande 1. 12. Equipement de communication, tel qu'un microphone comprenant un dispositif de détection selon la revendication précédente.