Brevet FR3094160A1 — publié le 20200925

Description Titre de l'invention : PROCEDE D'ESTIMATION D'UN RAPPORT SIGNAL SUR BRUIT Domaine technique [0001] La présente invention concerne, de façon générale, un procédé d'estimation d'un rapport signal sur bruit (« Signal-to-Noise Ratio » en anglais, d'abréviation « SNR ») d'un signal radio. [0002] L'invention porte notamment sur un procédé d'estimation d'un rapport signal sur bruit d'un signal radio modulé comprenant un symbole de synchronisation. Etat de la technique antérieure [0003] Le rapport signal sur bruit est souvent considéré comme un paramètre important pour évaluer la fiabilité des données après la démodulation d'un signal radio reçu par un récepteur radio, et pour estimer la qualité d'un canal utilisé pour la transmission du signal radio. Le rapport signal sur bruit est donc utilisé pour déterminer des stratégies de traitement de signaux radio, tels que l'atténuation sonore (également désignée « soft mute » en anglais), la fonction de recherche, et le mélange de signaux (également « blend » en anglais) pour des signaux radio analogiques (e.g. des signaux FM), et la transition transparente (également désignée « seamless » en anglais), la dissimulation (également désignée « concealment » en anglais) et le saut de fréquence pour des signaux radio numériques (e.g. des signaux DAB, DRM et CDR) Ainsi, la qualité de signaux reçus par les récepteurs radio peut être améliorée. [0004] Les termes ci-dessus FM, DAB, DRM, CDR sont les abréviations désignant respec- tivement la modulation de fréquence (de l'anglais « frequency modulation ») d'un signal radio et des normes de radio numérique, désignées « système de radiodiffusion sonore numérique » (de l'anglais « Digital Audio Broadcasting »), « Radio Numérique Mondiale » et « radio numérique convergente » (de l'anglais « Convergent Digital Radio »). La norme de radio CDR, comme défini dans le document de la norme CDR GY/T 268.1/2 - 2013) est une nouvelle norme de radio de type « émissions simultanées en numérique et. en analogique » (désigné « ln-Band-On-Channel » en anglais, l'abréviation « IBOC ») conçue pour l'émission de radio simultanément en numérique et en analogique dans la même bande de fréquence, ou pour l'émission de radio numérique en bande FM (87 MHz to 108 MHz). Cette norme de radio CDR est principalement utilisée en Chine. [0005] Pour estimer le rapport signal sur bruit d'un signal radio analogique reçu, plusieurs méthodes conventionnelles, telles que la méthode EMV (désigné « Envelope-Mean Variance » en anglais), peuvent être réalisées. Pour des signaux radio numériques, 2 l'estimation du rapport signal sur bruit peut être réalisée, à l'aide de méthodes appliquées dans le domaine de fréquence (e.g. l'apprentissage de symboles pilotes OFDM) ou à l'aide de celles appliquées dans le domaine temporel (e.g. l'utilisation d'un préfixe cyclique). Le terme « OFDM » est l'abréviation anglaise d'un procédé de modulation multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (« Orthogonal Frequency-Division Multiplexing » en anglais). [0006] Néanmoins, les méthodes d'estimation du rapport signal sur bruit connues com- prennent des calculs difficiles et compliqués. Certaines d'entre elles se reposent sur un préfixe cyclique dont la longueur est limitée, ce qui limite la précision de l'estimation du rapport signal sur bruit du signal radio reçu. Certaines d'autres pourraient facilement être affectées par des paramètres d'environnement externe ou de fréquence, ou par le retard causé par les évanouissements sélectifs en fréquence. [0007] Il existe donc un besoin d'une solution permettant d'estimer le rapport signal sur bruit de manière plus simple, efficace et robuste par rapport aux méthodes connues. Exposé de l'invention [0008] Pour parvenir à ce résultat, la présente invention concerne un procédé d'estimation d'un rapport signal sur bruit (« Signal-to-Noise Ratio » en anglais, l'abréviation « SNR ») d'un signal radio numérique reçu ; le procédé d'estimation comprenant une étape de détection consistant à récupérer un symbole de synchronisation reçu contenu dans le signal radio numérique reçu ; et une étape d'estimation configurée pour déterminer le rapport signal sur bruit du signal radio numérique reçu, en fonction de la différence entre un premier signal de synchronisation reçu et un deuxième signal de synchronisation reçu, les premier et deuxième signaux de synchronisation reçus étant compris dans le symbole de synchronisation reçu. [0009] L'invention permet ainsi d'estimer le rapport signal sur bruit de manière plus simple, efficace et robuste par rapport aux méthodes connues. [0010] Avantageusement, ledit rapport signal sur bruit est un ratio entre, d'une part, deux fois une valeur du deuxième signal de synchronisation reçu et, d'autre part, la différence entre les premier et deuxième signaux de synchronisation reçus. [0011] De façon avantageuse, le signal radio numérique reçu correspond à un signal radio numérique modulé comprenant un symbole de synchronisation initial, le symbole de synchronisation initial comprenant un premier signal de synchronisation et un deuxième signal de synchronisation, lesdits premier et deuxième signaux de synchronisation étant identiques. [0012] De manière préférentielle, le premier signal de synchronisation reçu comprend le premier signal de synchronisation et un premier signal de bruit, et le deuxième signal de synchronisation reçu comprend le deuxième signal de synchronisation et un 3 deuxième signal de bruit ; l'étape d'estimation étant réalisée en fonction de la similarité entre le premier signal de synchronisation et le deuxième signal de synchronisation du symbole de synchronisation initial, et de l'incohérence entre le premier signal de bruit et le deuxième signal de bruit. [0013] Préférentiellement, le signal radio numérique reçu comprend une pluralité de symboles successifs dont le premier symbole est ledit symbole de synchronisation reçu, ledit symbole de synchronisation reçu est un symbole balise défini conformément à la norme de radio numérique convergente CDR (de « Convergent Digital Radio »). [0014] L'invention concerne également un récepteur radio configure pour estimer un rapport signal sur bruit d'un signal radio numérique reçu ; le récepteur radio comprenant un module configure pour mettre en oeuvre le procédé d'estimation tel que ci-dessus. [0015] La présente invention concerne en outre un procédé d'estimation d'un rapport signal sur bruit d'un signal radio analogique reçu après la transmission, dans lequel le signal radio analogique reçu est transmis dans une bande de fréquence dans laquelle un signal radio numérique est également transmis ; ledit premier rapport signal sur bruit étant détermine en fonction d'un deuxième rapport signal sur bruit dudit signal radio numérique reçu, le deuxième rapport signal sur bruit étant calculé au moyen du procédé d'estimation tel que ci-dessus. [0016] Avantageusement, le premier rapport signal sur bruit est calculé en multipliant le deuxième rapport signal sur bruit par un coefficient de corrélation. [0017] De façon avantageuse, le coefficient de corrélation est déterminé en fonction d'un mode spectral choisi pour la transmission du signal radio analogue et du signal radio analogue numérique. [0018] De manière préférentielle, le coefficient de corrélation est égal à 0.701. [0019] L'invention concerne également un récepteur radio configure pour estimer un rapport signal sur bruit d'un signal radio analogique reçu, le récepteur radio comprenant un module configure pour mettre en oeuvre le procédé d'estimation tel que brièvement décrit ci-dessus, configure pour estimer un rapport signal sur bruit d'un signal radio analogique reçu. Description des dessins [0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : [fig.]] : la figure 1 illustre un procédé de traitement réalisé par un récepteur radio selon un mode de réalisation de l'invention ; I fig. 21 :la figure 2 illustre un diagramme schématique d'un mode spectral employé pour la modulation et la transmission d'un signal radio ; et I fig. 31 :la figure 3 illustre un exemple d'un symbole de synchronisation initial contenu dans un signal radio modulé avant la transmission. [0021] Il faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour mettre en oeuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant. Description des modes de réalisation [0022] La figure 1 illustre un procédé de traitement 100 réalisé par un récepteur radio de sorte à démoduler un signal radio reçu par le récepteur radio. Le signal radio reçu, comprenant un signal radio numérique reçu, correspond à un signal radio modulé de manière OFDM et transmis dans une bande de fréquence. [0023] Le procédé de traitement 100 comprend un procédé d'estimation 200 d'un rapport signal sur bruit dudit signal radio numérique reçu. Ledit procédé d'estimation 200 est l'objet de l'invention et sera décrit dans les paragraphes suivants. De plus, pour faciliter la compréhension de l'invention, certaines étapes réalisées avant et après la réalisation du procédé d'estimation 200 seront également décrites dans les paragraphes suivants. [0024] Ledit récepteur radio comprend des modules ou équipements tels qu'une antenne, un ou plusieurs tuners et un ou plusieurs mixers. L'invention est indépendante des modifies ou équipements utilisés. [0025] De manière préférentielle, le signal radio est modulé selon une des normes de radio suivantes : DAB, DRM et CDR. De manière encore plus avantageuse, le signal radio est modulé selon la norme de radio CDR. [0026] Dans un mode de réalisation avantageux (niais non limitatif), le signal radio reçu comprend en outre un signal radio analogique reçu. Préférentiellement, le signal radio analogique reçu est un signal radio FM. Dans cc cas, le procédé de traitement 100 comprend en outre un procédé d'estimation 300 configure pour estimer un rapport signal sur bruit dudit signal radio analogique reçu. Le procédé d'estimation 300 sera également décrit dans les paragraphes suivants. [0027] Un exemple de la transmission d'un signal radio modulé comprenant un signal radio numérique et un signal radio analogique est illustré en figure 2. Dans cet exemple, le signal radio modulé est un signal radio CDR, et est transmis en utilisant des sous-porteuses OFDM. Un mode spectral (« spectrum mode » en anglais) hybride, tel que le mode spectral 9 défini dans le document de la norme CDR GY/T 268.1/2 - 2013, devrait être employé pour la transmission du signal radio CDR, comme indiqué dans le diagramme schématique en figure 2. Ainsi, le signal radio numérique (appelé « la partie numérique ») et le signal radio analogique (appelé « la partie numérique ») du signal radio CDR sont transmis dans une même bande de fréquence, de préférence de - 200 KHz à 200 KHz, dans laquelle le signal radio numérique est transmis dans deux bandes latérales (e.g. -200 KHz à -150 KHz et 150 KHz à 200 KHz) de ladite bande de fréquence alors que le signal radio analogique est transmis dans la partie plus proche de la fréquence centrale de ladite bande de fréquence. Le signal radio numérique et le signal radio analogique correspondent respectivement au signal radio numérique reçu et au signal radio analogique reçu après la transmission. [0028] Dans le mode de réalisation où le signal radio est modulé selon la norme de radio CDR, le signal radio modulé comprend une ou plusieurs trames (« frame » en anglais) de 640 ms. Une trame comprend quatre sous-trames (« sub-framcs » en anglais) dont chacune dure 160 ms. Les sous-trames comprennent chacune une pluralité de symboles successifs dont le premier symbole est un symbole de synchronisation. Selon la norme de radio CDR, la pluralité de symboles successifs sont des symboles OFDM selon un ordre temporel. De plus, le symbole de synchronisation ne comprend que des données utilisées pour la synchronisation alors que les autres symboles suivant ledit symbole de synchronisation comprennent chacun une partie de données du signal radio à transmettre. Un exemple de symbole de synchronisation sera décrit de manière plus détaillée dans les paragraphes suivants et sur la figure 3. [0029] Le procédé de traitement 100 comprend des étapes suivantes : une étape de filtrage 110 et une étape de traitement du signal radio numérique reçu 120. Dans un mode de réalisation où le signal radio reçu comprend non seulement la partie numérique (mais aussi la partie analogique, le procédé de traitement 100 comprend en outre une étape de traitement du signal radio analogique 130. [0030] L'étape de filtrage 110 comprend des étapes conventionnelles réalisées par le ou les tuners et l'amplificateur du récepteur radio de sorte à recevoir le signal radio modulé et transmis, à conserver la partie du signal radio reçu sur une fréquence désirée et à amplifier ladite partie conservée du signal radio reçu, etc. A l'issue de l'étape de filtrage 110, le signal radio numérique reçu et le cas échéant, le signal radio analogique reçu, sont extraits du signal radio reçu. L'invention est indépendante de cette étape de filtrage 110. [0031] Ensuite, l'étape de traitement du signal radio numérique reçu 120, comprenant le procédé d'estimation 200, est réalisée pour démoduler le signal radio numérique reçu. Le procédé d'estimation 200 comprend une étape de détection 1221 et une étape d'estimation SNR 1222. De manière préférentielle, l'étape de détection 1221 et l'étape d'estimation SNR 1222 sont respectivement réalisées dans un mode d'acquisition 121 6 et un autre mode d'opération 122 de l'étape de traitement du signal radio numérique reçu 120. [0032] Le mode d'acquisition 121 comprend deux étapes 1211 et 1212. L'étape de détection 1211 consiste à récupérer un symbole de synchronisation reçu contenu dans le signal radio numérique reçu. L'étape de synchronisation 1212 est ensuite réalisée, en utilisant des symboles pilotes récupérés lors de l'étape de détection 1211, une synchronisation temporelle et fréquentielle. De manière préférentielle, l'étape de synchronisation 1212 peut être réalisée en appliquant une des méthodes connues. L'invention est donc indépendante de la méthode appliquée pour la réalisation de l'étape de synchronisation 1212. [0033] Suite au mode d'acquisition 121, le récepteur radio procède au mode d'opération 122 comprenant des étapes 1221, 1222, 1225 et 1226 décrites ultérieurement. [0034] Comme mentionné ci-dessus, une étape de détermination 1221 est effectuée pour dé- terminer si un symbole contenu dans le signal radio numérique reçu est un symbole de synchronisation reçu ou non. Effectivement suite à la réalisation du mode d'acquisition 121, tous les symboles contenus dans le signal radio numérique reçu sont identifiés. Si le résultat de cette étape de détermination 1221 indique que le symbole est un symbole de synchronisation reçu, l'étape d'estimation SNR 1222 est ensuite effectuée, en utilisant le symbole de synchronisation reçu, de sorte à estimer un rapport signal sur bruit du signal radio numérique reçu. Comme mentionné précédemment, cette étape d'estimation SNR 1222 fait partie du procédé d'estimation 200. [0035] Le symbole de synchronisation reçu récupéré du signal radio numérique reçu comprend un premier signal de synchronisation reçu S'a(t) et un deuxième signal de synchronisation reçu Sb(t), ces deux derniers correspondant respectivement à un premier signal de synchronisation Sa(t) et un deuxième signal de synchronisation Sb(t) contenus dans un symbole de synchronisation initial correspondant au symbole de synchronisation reçu. La figure 3 illustre un exemple du symbole de synchronisation initial. Dans cet exemple, le symbole de synchronisation initial comprend en outre un préfixe cyclique (CP) qui précède les premier et deuxième signaux de synchronisation Sa(t) et Sb(t). La longueur du préfixe cyclique est très limitée par rapport à celle du premier signal de synchronisation Sa(t) ou à celle du deuxième signal de synchronisation Sb(t). [0036] Lors de la transmission du signal radio modulé, des bruits sont générés, ce qui conduirait à une différence entre le symbole de synchronisation reçu et son symbole de synchronisation initial. Autrement dit, le premier signal de synchronisation reçu :Sa(t) du symbole de synchronisation reçu comprend le premier signal de synchronisation Sa(t) du symbole de synchronisation initial et un premier signal de bruit na(t), le dernier étant généré lors de la transmission. De manière similaire, le deuxième signal 7 de synchronisation reçu Sh(t) du symbole de synchronisation reçu comprend le deuxième signal de synchronisation Sb(t) du symbole de synchronisation initial et un deuxième signal de bruit nb(t) généré également lors de la transmission. Ceci est représenté par deux équations suivantes (1) et (2) : [0037] [Math.1] Sa(t) =Sa(t) +na(t) [Math .2] Sb(t) -Sb(t) +nb(t) 100381 Dans un mode de réalisation préférentiel mais non limitatif, les premier et deuxième signaux de synchronisation Sa(t) et Sb(t) comprenant des données de synchronisation préalablement connues par le récepteur radio. Dans un mode de réalisation avantageux, les premier et deuxième signaux de synchronisation Sa(t) et Sb(t) sont similaires voire identiques, comme les deux signaux de synchronisation identiques d'un « symbole balise » (« heacon symbol » en anglais) défini conformément à la norme de radio CDR. 100391 En revanche, il n'existe aucune corrélation entre le premier signal de bruit na(t) le deuxième signal de bruit nh(t). Le rapport signal sur bruit du signal du signal radio numérique reçu peut donc utiliser la similarité entre les premier et deuxième signaux de synchronisation Sa(t) et Sb(t) du même symbole de synchronisation initial, et l'incohérence entre le premier signal de bruit na(t) et le deuxième signal de bruit nb(t). De cette manière, l'estimation dudit rapport signal sur bruit ne se repose pas particulièrement sur le préfixe cyclique dont la longueur est très limitée. Cette estimation n'est pas facilement affectée non plus par des paramètres d'environnement externe ou de fréquence. Ainsi, la précision de l'estimation du rapport signal sur bruit est considérablement améliorée. [0040] De préférence, ledit rapport signal sur bruit peut être facilement réalisée en fonction de la différence entre le premier signal de synchronisation reçu 'a(t) et le deuxième signal de synchronisation reçu du même symbole de synchronisation reçu. De manière avantageuse, ledit rapport signal sur bruit signal est déterminé en fonction d'un ratio X entre, d'une part, la somme des deux signaux de synchronisation reçus 'a(t) et 'Sb(t) du symbole de synchronisation reçu et, d'autre part, ladite différence entre les premier et deuxième signaux de synchronisation reçus ,Ça(t) et 'Sb(t). Encore plus précisément, ledit rapport signal sur bruit du signal radio numérique reçu s'obtient à l'aide de l'équation (3) suivante : [Math.3] S'a(t) + #S1/41)(t) s j\TR - a(t) - '10(t) [0041] Dans un exemple de l'implémentation du procédé d'estimation 200, le rapport signal 8 sur bruit du signal radio numérique reçu est la moitié dudit ratio X. [0042] De manière alternative, le rapport signal sur bruit du signal radio numérique reçu est un ratio (différent de celui X) entre, d'une part, deux fois une valeur dudit deuxième signal de synchronisation reçu .S'fi(t) et, d'autre part, ladite différence entre les premier et deuxième signaux de synchronisation reçus .S.a(t) et S'h(t) du même symbole de synchronisation reçu, comme décrit dans l'équation (4) suivante, se déduisant de l'équation précédente (3) : [Math.4] SNRÇa(t) + '1D(t) 2 * -13(t) - ^ é - -- $a(t) - Sbut) $a( t) - Sb(0 [0043] Le procédé d'estimation 200 de l'invention permet ainsi d'estimer le rapport signal sur bruit du signal radio numérique reçu de manière simple, efficace et robuste par rapport aux méthodes connues. [0044] Dans un autre cas où le résultat de l'étape de détermination 1221 montre que le symbole n'est pas un symbole de synchronisation reçu, l'étape d'égalisation de canal 1225 et l'étape de décodage de canal 1226 sont respectivement réalisées en utilisant ledit symbole. Il est noté que l'invention est indépendante de l'étape d'égalisation de canal 1225 et de l'étape de décodage de canal 1226. [0045] Comme mentionné précédemment, dans le cas où le signal radio analogique reçu est extrait à l'issue de l'étape de filtrage 110, l'étape de traitement du signal radio analogique reçu 130 est réalisée pour démoduler le signal radio analogique reçu. 100461 Cette étape de traitement du signal radio analogique reçu 130 comprend deux étapes 131 et 132. Dans un mode de réalisation où le signal radio analogique reçu est un signal FM, l'étape 131 consiste à réaliser, préférentiellement de manière conventionnelle, la démodulation FM du signal radio analogique reçu. L'invention est indépendante de la méthode appliquée pour la réalisation de l'étape 131. 100471 Ensuite, l'étape d'estimation SNR 132 est effectuée pour estimer un rapport signal sur bruit du signal radio analogique reçu. Lors de cette étape 132, le procédé d'estimation 300 selon l'invention est réalisé de sorte à estimer ledit rapport signal sur bruit (appelé « le premier rapport signal sur bruit ») du signal radio analogique reçu, en fonction du rapport signal sur bruit (appelé « le deuxième rapport signal sur bruit ») du signal radio numérique reçu qui est déjà obtenu par la réalisation du procédé d'estimation 200. 100481 De manière préférentielle, le premier rapport signal sur bruit est calculé en mul- tipliant le deuxième rapport signal sur bruit par un coefficient de corrélation o.. 100491 La corrélation entre le premier et le deuxième rapports signal sur bruit existe en raison de la nature de la radiodiffusion 1BOC - c'est-à-dire la transmission du signal radio numérique et du signal radio analogique partagent la même bande de fréquence, 9 comme mentionné ci-dessus. [0050] De manière préférentielle, le coefficient de corrélation n est déterminé en fonction d'un mode spectral choisi pour la transmission du signal radio modulé. Dans un mode de réalisation où le mode spectral choisi est le mode spectral 9 de la norme de radio CDR, le coefficient de corrélation n est égal à 0,701. [0051] L'invention permet ainsi d'estimer, de manière simple, efficace et robuste par rapport aux méthodes connues, le rapport signal sur bruit du signal radio numérique reçu ainsi que celui du signal radio analogique reçu. [0052] L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits mais s'étend à tout mode de réalisation conforme à son esprit. 10