Brevet FR3136136A1 — publié le 20231201

L’invention concerne un procédé de synchronisation d’un signal radio numérique reçu par un récepteur radio comprenant des étapes de détection (S400) d’un symbole nul dans le signal, de détermination (S401) du spectre fréquentiel du signal à partir d’un symbole de référence, de détermination (S402), à partir du spectre fréquentiel, d’un indicateur représentatif d’une caractéristique multitrajet du signal comprenant au moins le calcul, sur au moins une bande de fréquence, d’un rapport entre une somme de l’énergie des porteuses dont l’énergie est supérieure l’énergie moyenne des porteuses sur ladite bande de fréquence, et le nombre de porteuses dans la bande de fréquence, et d’application (S405) d’une stratégie de traitement particulière lorsque la valeur de l’indicateur est supérieure ou égale à un premier seuil. Selon un autre aspect, l’invention concerne un dispositif adapté pour mettre en œuvre un tel procédé de synchronisation. Figure 4. Procédé et dispositif de synchronisation d’un signal radio numérique L’invention appartient au domaine des communications numériques, notamment aux techniques de télédiffusion numériques hertziennes, et concerne plus particulièrement un récepteur radio numérique, par exemple un récepteur conforme au standard DAB (Digital Audio Broadcast) pour synchroniser un signal radio numérique en présence de perturbations multitrajets. Art antérieur Les systèmes de télédiffusion numériques comme le système DAB utilisent une modulation de type OFDM (pour Orthogonal Frequency Division Multiplex » en anglais). Dans les systèmes de transmission OFDM, le signal à transmettre est réparti sur un grand nombre de sous-porteuses modulées indépendamment les unes des autres. Cette technique de modulation est particulièrement efficace dans les situations où l'on rencontre des multitrajets (ou multipath en anglais). Le multitrajet est un phénomène courant dans les transmissions sans fil. Il se produit lorsqu’un signal radio emprunte différents chemins entre un émetteur et un récepteur, de sorte que le récepteur reçoit plusieurs fois la même information à des instants différents, le signal et ses échos s’additionnant au récepteur avec pour conséquence une atténuation ou une amplification du signal. Le phénomène peut être engendré par la réflexion d’un signal contre des bâtiments ou des montagnes, ou encore lorsque plusieurs émetteurs adjacents diffusent un signal sur une même fréquence. Les échos provoquent également des interférences dites intra-symbole lorsqu’un symbole est additionné avec le même symbole déphasé, ou des interférences dites inter-symboles lorsqu’un symbole est additionné avec le symbole suivant avec un déphasage. Le standard DAB, tel que défini dans le standard ETSI EN 300 401, propose des stratégies pour protéger le signal contre ces interférences. Ces stratégies reposent principalement sur l’utilisation d’un intervalle de garde entre la transmission des symboles, dont la durée choisie pour être supérieure au temps d'arrivée du dernier trajet. Toutefois, l’ajout d’intervalles de garde réduit la bande passante utile. Le décodage OFDM nécessite une synchronisation parfaite de la fréquence du récepteur avec celle de l'émetteur, une déviation en fréquence entraînant une perte de l'orthogonalité des sous-porteuses avec pour conséquence la génération d’interférences entre elles. Pendant la phase d'acquisition de synchronisation, la stratégie classique consiste à détecter le début d’une trame physique en recherchant un symbole de référence, c’est-à-dire d’une séquence pseudo-aléatoire prédéfinie. L’analyse de cette séquence prédéfinie, connue à la fois de l’émetteur et du récepteur, permet de déterminer le décalage de fréquence entre l'oscillateur local du récepteur et celui de l’émetteur. Cette synchronisation est particulièrement difficile à réaliser lorsque que le récepteur est en mouvement, par exemple lorsqu’il est embarqué dans un véhicule, et en particulier en cas de variation de vitesse, de direction ou si de nombreux échos parasites sont présents. En présence d’interférences liées au multitrajet, la signature fréquentielle du signal de référence est souvent perturbée et dégradée de sorte que les techniques connues peuvent rejeter la trame ou se synchroniser avec un décalage de fréquence erroné. Lorsque la synchronisation ne peut pas être effectuée avec succès à la première trame reçue, un récepteur DAB moderne tolère souvent un certain temps d’attente pour effectuer une nouvelle tentative de synchronisation, ou assouplit la stratégie de rejet pour éviter les rejets faussement négatifs. L’inconvénient de ces méthodes est qu’elles peuvent dégrader le temps de décision, c’est-à-dire que le récepteur mettra plus de temps pour établir qu’aucun signal n’est transmis sur une fréquence particulière, ou encore provoquer une synchronisation erronée due à une erreur d’estimation du décalage de fréquence. Cet allongement du temps de décision est préjudiciable à l’expérience utilisateur, notamment en cas de parcours de la bande passante lors d’une recherche de stations. Il existe donc un besoin pour une technique permettant d’améliorer les performances de synchronisation en présence de perturbations multitrajet. A cet effet, il est proposé un procédé de synchronisation d’un signal radio numérique reçu par un récepteur radio comprenant les étapes suivantes : Détection d’un symbole nul dans le signal, Détermination du spectre fréquentiel du signal à partir d’un symbole de référence, Détermination, à partir du spectre fréquentiel, d’un indicateur représentatif d’une caractéristique multitrajet du signal comprenant au moins le calcul, sur au moins une bande de fréquence, d’un rapport entre une somme de l’énergie des porteuses dont l’énergie est supérieure l’énergie moyenne des porteuses sur ladite bande de fréquence, et le nombre de porteuses dans la bande de fréquence, et Application d’une stratégie de traitement particulière lorsque la valeur de l’indicateur est supérieure ou égale à un premier seuil. Ainsi, l’invention propose d’obtenir, avant l’étape de synchronisation de fréquence, une information relative à la qualité du signal, notamment en termes de multitrajet, et d’appliquer une stratégie de détection particulière en fonction de l’information obtenue. Lorsqu’un canal de transmission est affecté par une perturbation multitrajet en zone urbaine, les échos sont reçus à bref intervalles, produisant des atténuations courtes comme on peut le voir sur la . Dans un tel cas, la bande passante cohérente est étroite et la déviation de l’indicateur est importante. Ainsi, lorsque l’indicateur à une valeur supérieure à un seuil particulier, le procédé permet de déduire la présence de perturbations multipath liées à la présence de bâtiments. Il est alors possible d’adapter certains paramètres en appliquant une stratégie de traitement particulière pour améliorer la synchronisation. Une stratégie particulière peut par exemple comprendre la sélection d’une plage de valeur particulière pour un paramètre permettant d’améliorer le délai synchronisation. De cette façon, le procédé permet une synchronisation plus rapide tout en limitant la complexité des traitements. Selon un mode particulier de réalisation, le procédé est tel que la stratégie de traitement particulière est appliquée lorsque la valeur de l’indicateur est supérieure ou égale à 35%. Une valeur de l’indicateur supérieure à 35% est caractéristique d’une bande de cohérence étroite caractéristique d’un multipath urbain. Selon un mode particulier de réalisation, la stratégie de traitement particulière comprend l’utilisation d’au moins un seuil de corrélation particulier pour la détection d’un symbole dans le domaine temporel. De cette façon, on augmente la tolérance lors de la détection d’un signal radio numérique. Le seuil de détection est réduit uniquement lorsque l’indicateur indique la présence de multipath, de sorte que la détection est améliorée en cas de perturbations multipath, sans dégrader les performances en l’absence de multipath. Selon un mode particulier de réalisation, la stratégie de traitement particulière comprend l’utilisation d’au moins un seuil de corrélation particulier pour la détection d’un symbole dans le domaine fréquentiel. De manière classique, la synchronisation comprend une étape au cours de laquelle un récepteur radio numérique estime une corrélation fréquentielle du signal reçu avec un signal de référence. Cette étape permet à la fois de confirmer la présence d’un signal radio numérique et éventuellement de corriger fréquentiellement le signal. Lorsque l’indicateur indique la présence de multipath, il est ainsi proposé d’adapter au moins un seuil dans l’étape d’estimation d’une corrélation fréquentielle. Dans une réalisation particulière, le procédé est tel qu’il comprend en outre les étapes suivantes lorsque la valeur de l’indicateur est inférieure au premier seuil : Division du spectre en quatre sous-bandes de même largeur, Calcul de l’énergie moyenne des porteuses dans chacune des 4 sous-bandes, Application d’une deuxième stratégie de traitement particulière lorsque l’écart entre les moyennes calculées pour au moins deux sous-bandes adjacentes est supérieur à un seuil. Il est ainsi proposé de mettre en œuvre un traitement supplémentaire lorsque la valeur de l’indicateur est inférieure au premier seuil. Une telle disposition permet de distinguer une perturbation multipath en milieu rural d’une bruit blanc gaussien. La division de la bande de fréquence en 4 sous bandes permet d’isoler plus efficacement l’atténuation multipath. Par exemple, lorsque la transmission est réalisée sur 1536 porteuses comme dans le cas du standard DAB, il est proposé de définir 4 sous bandes de 384 porteuses. Dans le cas d’interférences multitrajet en zone rurale, la bande passante cohérente est généralement plus longue que la bande passante DAB comme le montre la . L'écart entre les moyennes calculées pour chacune des 4 sous bandes est alors plus important qu’en cas de bruit blanc ou la moyenne est relativement stable d’une sous-bande à l’autre. De cette façon, le procédé permet l’application d’une deuxième stratégie de traitement en cas de multipath rural, distincte de la première stratégie, afin d’améliorer encore la synchronisation. Selon un mode particulier de réalisation, la deuxième stratégie de traitement comprend l’utilisation d’au moins un seuil de corrélation particulier pour la détection d’un symbole dans le domaine temporel et/ou l’utilisation d’au moins un seuil de corrélation particulier pour la détection d’un symbole dans le domaine fréquentiel. Il est ainsi possible d’adapter les seuils de détection permettant de valider la présence d’un signal en cas de perturbations multipath de type rural. Selon un autre aspect, il est proposé dispositif de synchronisation d’un signal radio numérique reçu par un récepteur radio, le dispositif comprenant un processeur couplé à une mémoire dans laquelle sont enregistrées des instructions configurées pour mettre en œuvre les étapes suivantes lorsqu’elles sont exécutées par le processeur : Détection d’un symbole nul dans le signal, Détermination du spectre fréquentiel du signal à partir d’un symbole de référence, Détermination, à partir du spectre fréquentiel, d’un indicateur représentatif d’une caractéristique multitrajet du signal comprenant au moins le calcul, sur au moins une bande de fréquence, d’un rapport entre une somme de l’énergie des porteuses dont l’énergie est supérieure l’énergie moyenne des porteuses sur ladite bande de fréquence, et le nombre de porteuses dans la bande de fréquence, et Application d’une stratégie de traitement particulière lorsque la valeur de l’indicateur est supérieure ou égale à un premier seuil. L’invention se rapporte aussi à un récepteur radio numérique comprenant un dispositif tel que décrit ci-dessus, ainsi qu’à un véhicule comprenant un tel récepteur radio. Enfin, l’invention concerne un support d’information comportant des instructions de programme d’ordinateur configurées pour mettre en œuvre les étapes d’un procédé de synchronisation tel que décrit précédemment, lorsque les instructions sont exécutées par un processeur. Le support d'information peut être un support d'information non transitoire tel qu'un disque dur, une mémoire flash, ou un disque optique par exemple. Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker des instructions. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), PROM (Programmable Read Only Memory), EPROM (Eraseable Programmable Read Only Memory), un CD ROM ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple un disque dur. D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution des procédés en question. Les différents modes ou caractéristiques de réalisation précités peuvent être ajoutés indépendamment ou en combinaison les uns avec les autres, aux étapes du procédé de synchronisation. Les véhicules, récepteurs radio, dispositifs, et supports d’information présentent au moins des avantages analogues à ceux conférés par le procédé auquel ils se rapportent. Brève description des figures 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 : la montre un spectre fréquentiel d’un signal en présence de multitrajet de type urbain, la montre un spectre fréquentiel d’un signal en présence de multitrajet de type rural, la montre un spectre fréquentiel d’un signal en présence d’un signal bruité par un bruit blanc, La est un ordinogramme représentant les principales étapes d’un procédé de synchronisation selon une réalisation particulière, la montre un spectre fréquentiel affecté par une perturbation multipath à atténuation longue sur lequel on a représenté une division en 4 sous-bandes, la montre un spectre fréquentiel affecté par une perturbation multipath à atténuation longue sur lequel on a représenté une division en 4 sous-bandes, la représente de manière simplifiée une architecture d’un dispositif adapté pour mettre en œuvre le procédé selon une réalisation particulière. Procédé de synchronisation d’un signal radio numérique reçu par un récepteur radio comprenant les étapes suivantes : Détection (S400) d’un symbole nul dans le signal, Détermination (S401) du spectre fréquentiel du signal à partir d’un symbole de référence, Détermination (S402), à partir du spectre fréquentiel, d’un indicateur représentatif d’une caractéristique multitrajet du signal comprenant au moins le calcul, sur au moins une bande de fréquence, d’un rapport entre une somme de l’énergie des porteuses dont l’énergie est supérieure l’énergie moyenne des porteuses sur ladite bande de fréquence, et le nombre de porteuses dans la bande de fréquence, et Application (S405) d’une stratégie de traitement particulière lorsque la valeur de l’indicateur est supérieure ou égale à un premier seuil. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la stratégie de traitement particulière est appliquée lorsque la valeur de l’indicateur est supérieure ou égale à 35%. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la stratégie de traitement particulière comprend l’utilisation d’au moins un seuil de corrélation particulier pour la détection d’un symbole dans le domaine temporel. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la stratégie de traitement particulière comprend l’utilisation d’au moins un seuil de corrélation particulier pour la détection d’un symbole dans le domaine fréquentiel. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes tel qu’il comprend en outre les étapes suivantes, lorsque la valeur de l’indicateur est inférieure au premier seuil : Division du spectre en quatre sous-bandes de même largeur, Calcul de l’énergie moyenne des porteuses dans chacune des 4 sous-bandes, Application d’une deuxième stratégie de traitement particulière lorsque l’écart entre les moyennes calculées pour au moins deux sous-bandes adjacentes est supérieur à un seuil. Procédé selon la revendication 5 dans lequel la deuxième stratégie de traitement comprend l’utilisation d’au moins un seuil de corrélation particulier pour la détection d’un symbole dans le domaine temporel et/ou l’utilisation d’au moins un seuil de corrélation particulier pour la détection d’un symbole dans le domaine fréquentiel. Dispositif de synchronisation d’un signal radio numérique reçu par un récepteur radio, le dispositif comprenant un processeur (701) couplé à une mémoire (702) dans laquelle sont enregistrées des instructions (703) configurées pour mettre en œuvre les étapes suivantes lorsqu’elles sont exécutées par le processeur : Détection d’un symbole nul dans le signal, Détermination du spectre fréquentiel du signal à partir d’un symbole de référence, Détermination, à partir du spectre fréquentiel, d’un indicateur représentatif d’une caractéristique multitrajet du signal comprenant au moins le calcul, sur au moins une bande de fréquence, d’un rapport entre une somme de l’énergie des porteuses dont l’énergie est supérieure l’énergie moyenne des porteuses sur ladite bande de fréquence, et le nombre de porteuses dans la bande de fréquence, et Application d’une stratégie de traitement particulière lorsque la valeur de l’indicateur est supérieure ou égale à un premier seuil. Récepteur radio numérique comprenant un dispositif selon la revendication 7. Véhicule comprenant un récepteur radio numérique selon la revendication 8. Support d’information comportant des instructions de programme d’ordinateur configurées pour mettre en œuvre les étapes d’un procédé de synchronisation selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, lorsque les instructions sont exécutées par un processeur.