Brevet FR3032578A1 — publié le 20160812

Domaine Technique [0001] De manière générale, l'invention concerne un processeur de signaux numériques en bande de base, en particulier pour la modulation numérique de signaux en temps réel. Arrière-plan technologique [0002] Bien que l'arrière-plan technologique de l'invention soit discuté dans ce qui suit par référence à un modulateur de télémesure, il convient de noter que l'invention n'est pas limitée à un tel dispositif mais pourra être utilisé pour tout type de modulateur numérique d'un signal radioélectrique. [0003] L'architecture classique d'un modulateur de signaux de télémesure prend en entrée deux trains analogiques de type liaison série : un train de données et un train d'horloge. Le rythme des données est noté Rb dans la suite. [0004] Le signal d'horloge est un signal en créneaux périodique au rythme Rb. Le signal de données est un signal enchaînant des niveaux hauts (représentant la valeur binaire « 1 ») et des niveaux bas (représentant la valeur binaire « 0 ») de durée Tb = 1/Rb respectivement. Des changements de niveaux interviennent donc au rythme Rb, sauf évidemment si plusieurs bits de même valeur se suivent directement dans le train des données. Les valeurs numériques à transmettre sont prises en compte par le modulateur soit sur l'apparition d'un front montant du signal horloge (c.-à-d. au passage d'un niveau bas à un niveau haut du signal d'horloge), soit sur l'apparition d'un front descendant du signal d'horloge (c.-à-d. au passage d'un niveau haut à un niveau bas du signal d'horloge). [0005] Dans le cadre d'un modulateur numérique, la mise en forme du signal radioélectrique à transmettre se fait de manière discontinue. Plus précisément, la modulation du signal à transmettre est représentée dans le domaine numérique par une suite d'échantillons dont la fréquence (appelée fréquence d'échantillonnage féch) respecte en général les conditions de Shannon. [0006] Dans le cas d'une architecture classique, le nombre d'échantillons par symbole à transmettre est constant et égal à une valeur entière, que nous noterons N. 30 Si on note Rs le rythme des symboles (lié au rythme des bits Rb par le rang de la 3 0 3 2 5 7 8 2, modulation et l'éventuel codage canal réalisé dans l'équipement), celui-ci est lié à la fréquence d'échantillonnage par la relation : féch = N-Rs. [0007] Cette relation se trouve illustré sur la figure 2 pour le cas féch = 2-Rs. Afin de 5 garantir le synchronisme des symboles et des échantillons, le rythme des échantillons est activement maintenu en synchronisme avec le signal d'horloge des données. La référence de fréquence d'échantillonnage est typiquement donnée par une boucle d'asservissement de phase faisant apparaître l'harmonique N du rythme symbole. Cette boucle est soit externe au traitement numérique (on a dans ce cas une boucle 10 analogique de verrouillage de phase ou boucle PLL), soit interne au modulateur numérique. Les systèmes existants sont donc des systèmes synchrones car l'ensemble des traitements numériques est cadencé par le rythme réel des données en entrée, ceci via le signal d'horloge correspondant. On peut néanmoins noter que certains dispositifs peuvent intégrer un système de décimation d'un facteur P à la suite 15 des traitements à un rythme N-Rs, ce qui permet de limiter la fréquence d'échantillonnage en sortie des traitements numériques (fréquence d'échantillonnage de sortie égale alors à (N/P)-Rs) tout en respectant les conditions de Shannon ; ces dispositifs requièrent néanmoins l'emploi d'un système de synchronisation. Problème technique 20 [0008] L'objectif de la présente invention est de présenter un processeur de signaux numériques à architecture simplifiée. Description générale de l'invention [0009] Selon un premier aspect de l'invention, un processeur de signaux numériques en bande de base comprend une entrée de données numériques, une entrée de signal 25 de cadencement des données numériques et un transcodeur connecté à l'entrée de données numériques et à l'entrée de signal de cadencement des données numériques. Le transcodeur est configuré de sorte à transformer des données numériques reçues via l'entrée de données numériques en des symboles de codage et à produire les symboles sur au moins une voie de sortie, chaque symbole étant représenté par aux moins deux échantillons par voie de sortie. Autrement dit, le transcodeur produit les symboles sur au moins une voie de sortie à raison d'au moins 303 2 5 7 8 deux échantillons par symbole et par voie. Le processeur comprend en outre un réseau de distribution d'un signal de cadencement des échantillons non synchronisé avec le signal de cadencement des données numériques. Le transcodeur est connecté au réseau de distribution du signal de cadencement des échantillons et configuré de sorte 5 à produire les échantillons représentant les symboles au rythme imposé par le signal de cadencement des échantillons. [0010] Il convient de noter que le processeur de signaux numériques travaille en temps réel, c.-à-d. le processeur travaille de sorte à pouvoir prendre en charge les données au fur et à mesure qu'elles arrivent à l'entrée de données numériques, sans 10 perte de donnée. [0011] Dans le cadre de ce document, les définitions suivantes seront d'application : [0012] Par « signal de cadencement des données numériques », on entend un signal d'horloge rythmant les données numériques arrivant en entrée du processeur de signaux numériques ; ce signal est destiné à permettre aux composants qui reçoivent 15 les données numériques (donc notamment au processeur) d'identifier les bits individuels. Par convention, la lecture d'un bit peut se faire soit sur un front montant du signal de cadencement des données numériques, soit sur un front descendant. [0013] Le terme « signal de cadencement des échantillons » désigne un signal d'horloge rythmant le fonctionnement du processeur de signaux numériques. Le 20 processeur de signaux numériques peut comprendre un générateur d'horloge fournissant ce signal. Il est également possible que le processeur de signaux numériques obtienne ce signal d'une source externe non synchronisée avec le signal de cadencement des données numériques. La fréquence du signal de cadencement des échantillons correspond à la fréquence d'échantillonnage féch. La période 25 d'échantillonnage est notée Téch ; Téch = 1/féch. [0014] Le terme « symbole » ou « symbole de codage » désigne une unité de codage ; l'ensemble des symboles forment l'alphabet de codage ou de modulation ou, dans le contexte notamment d'une modulation PSK (acronyme du terme anglais « phase shift keying », modulation par changement de phase) ou QAM (acronyme du terme anglais 30 « quadrature amplitude modulation», modulation d'amplitude en quadrature), la constellation. Dans le contexte du présent document, on considère les symboles en bande de base, c.-à-d. avant la modulation de la porteuse : le flux de symboles produit 3032578 4) par le codeur est donc destiné à moduler la porteuse du signal à transmettre. Les symboles peuvent cependant comporter une modulation de sous-porteuse et/ou avoir subi ou subir une mise en forme ou un filtrage. La « durée de symbole », notée Ts, correspond à la durée minimale entre deux changements de symbole successifs, 5 toutes voies de sortie confondues et hors toute modulation éventuelle des symboles par une sous-porteuse. P.ex., le schéma de la modulation OQPSK prévoit des changements de symbole déphasés sur la voie I et la voie Q ; dans ce cas, Ts correspond à la durée de l'intervalle de temps minimal pendant lequel les échantillons sur l'une et l'autre voie restent constants. 10 [0015] On appelle « temps d'un échantillon » l'intervalle de temps de durée Téch entre le début et la fin d'un échantillon. « Echantillon » désigne, dans ce contexte, l'approximation numérique d'un symbole pendant le temps de l'échantillon correspondant. [0016] Le « transcodeur » désigne un composant électronique, un module, ou une 15 unité fonctionnelle d'un circuit électronique qui transforme un flux de données numériques en un flux de symboles d'un code et/ou d'une modulation. Les données numériques en entrée du transcodeur peuvent être codées en binaire brut (un niveau haut signifiant un bit « 1 » et un niveau zéro signifiant un bit « 0 » ou inversement) dans ce cas, il est plus usuel d'utiliser le terme « encodeur » - ou codées NRZ (un 20 niveau haut représentant un bit « 1 » et un niveau bas différent de zéro représentant un bit « 0 » ou inversement) ou de manière plus complexe. [0017] Un avantage notable de l'invention réside dans le fait que le processeur de signaux numériques n'utilise pas de dispositif de synchronisation (comme une boucle de verrouillage de phase) qui assujettisse le cadencement des échantillons au 25 cadencement des données numériques. Le processeur ne dispose donc pas de système de synchronisation interne ni externe avec le signal d'horloge des données à proprement parler. La mise en forme du signal en bande de base se fait de manière discontinue (représentation numérique du flux de symboles à la fréquence d'échantillonnage féch, qui est choisie selon les conditions de Shannon). Contrairement 30 aux modulateurs classiques, le dispositif selon l'invention dispose d'une fréquence d'échantillonnage fixe et indépendante du rythme des données à transmettre. 303 2 5 7 8 5 [0018] Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le transcodeur est configuré de sorte à ce que la lecture des données numériques appliquées à l'entrée de données numériques y est déclenchée par le signal de cadencement des données numériques. Le processeur peut, par exemple, comprendre un détecteur de front 5 montant ou descendant qui produit une impulsion à chaque apparition d'un front montant, respectivement descendant, du signal de cadencement des données. Cette impulsion déclenchera alors la lecture du niveau de signal appliqué à l'entrée de données numériques par le transcodeur. Le détecteur de front permet, p. ex. d'éviter que la lecture d'une donnée ne se produise au moment d'une transition entre deux 10 niveaux. Avantageusement, le détecteur de front et le transcodeur opèrent au rythme imposé par le signal de cadencement des échantillons. Dans ce cas, le détecteur de front émet l'impulsion qui déclenche la lecture d'une donnée par le transcodeur dans le premier temps d'échantillon qui suit le front détecté. [0019] De préférence, le transcodeur possède deux voies de sortie, à savoir une voie 15 I et une voie Q. [0020] Comme le cadencement des échantillons n'est pas activement synchronisé avec le cadencement des données, le nombre d'échantillons par symbole et par voie de sortie varie en fonction du décalage instantané entre le signal de cadencement des données numériques et le signal de de cadencement des échantillons. Plus 20 particulièrement, le nombre d'échantillons par symbole et par voie de sortie varie entre un nombre N, avec N 2, et un nombre N+1, la durée moyenne des symboles étant de (N+b)Téch, où Téch désigne la durée d'un échantillon et b est compris entre 0 et 1 (0 REVENDICATIONS1. Processeur de signaux numériques (20) en bande de base, comprenant une entrée de données numériques (22) ; une entrée de signal de cadencement des données numériques (24) ; un transcodeur (32) connecté à l'entrée de données numériques et à l'entrée de signal de cadencement des données numériques, le transcodeur étant configuré de sorte à transformer des données numériques reçues via l'entrée de données numériques en des symboles de codage; et à produire lesdits symboles sur au moins une voie de sortie (I, Q), chaque symbole étant représenté par aux moins deux échantillons par voie de sortie ; caractérisé par un réseau de distribution d'un signal de cadencement des échantillons (26) non synchronisé avec le signal de cadencement des données numériques, le transcodeur étant connecté au réseau de distribution du signal de cadencement des échantillons (26) et configuré de sorte à produire les échantillons représentant les symboles au rythme imposé par le signal de cadencement des échantillons. 2. Processeur de signaux numériques (20) selon la revendication 1, dans lequel le transcodeur (32) est configuré de sorte à ce que la lecture des données numériques appliquées à l'entrée de données numériques y est déclenchée par le signal de cadencement des données numériques. 3. Processeur de signaux numériques (20) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le transcodeur possède deux voies de sortie, à savoir une voie I et une voie Q. 4. Processeur de signaux numériques (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le nombre d'échantillons par symbole et par voie de sortie varie en fonction du décalage entre le signal de cadencement des données numériques et le signal de de cadencement des échantillons. 5. Processeur de signaux numériques (20) selon la revendication 4, dans lequel le nombre d'échantillons par symbole et par voie de sortie varie entre un nombre N, avec N 2, et un nombre N+1, la durée moyenne des symboles étant de (N+b)Téch, où Tée désigne la durée d'un échantillon, c.-à-d. l'inverse du rythme 3032578 18 d'échantillonnage, et b est compris entre 0 et 1 et désigne la proportion des symboles représentés par N+1 échantillons par voie de sortie. 6. Processeur de signaux numériques (20) selon la revendication 5, dans lequel la durée moyenne des symboles s'élève à au moins 2,6 Téch, de préférence à au 5 moins 2,9 Téch, plus de préférence à au moins 3,4 Téch. 7. Processeur de signaux numériques (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le transcodeur est configuré pour moduler les symboles par une sous-porteuse échantillonnée au rythme imposé par le signal de cadencement des échantillons. 10 8. Processeur de signaux numériques (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, configuré de sorte à implémenter un schéma de modulation choisi parmi : BPSK avec ou sans codage convolutif, QPSK avec ou sans codage convolutif, OQPSK avec ou sans codage convolutif, 8-PSK avec ou sans codage convolutif, PCM/PM avec ou sans codage convolutif, PCM/PSK/PM, SP-L/PM, 15 4D-TCM 8-PSK. 9. Emetteur de signal radioélectrique, comprenant un processeur de signaux numériques (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, et un étage RF d'émission, l'étage RF d'émission étant connecté au processeur de signaux numériques pour moduler une porteuse avec le flux des symboles, l'étage RF 20 d'émission étant connecté ou connectable à une antenne pour l'émission de la porteuse modulée en tant que signal radioélectrique. 10. Transpondeur de signal radioélectrique de télémesure/télécommande (200), comprenant un étage RF de réception pour la réception d'un signal de télécommande et de 25 mesure distance, un étage RF d'émission pour l'émission d'un signal de télémesure et de mesure distance, et un processeur de signaux numériques (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 connecté aux étages RF de réception et d'émission, le processeur étant configure de sorte à recevoir sur son entrée de données numériques, en tant que lesdites données numériques, des 30 données de mesure à transmettre, de numériser le signal de télécommande et de mesure distance au rythme imposé par le signal de cadencement des échantillons, à isoler la composante de mesure distance du signal de 3032578 19 télécommande et de mesure distance en bande de base et à moduler les symboles obtenus à partir des données numériques avec la composante de mesure distance.