Brevet FR3131144A1 — publié le 20230623

L’invention concerne un procédé de réception d’un signal radiofréquences, RF, non étalé spectralement et transmis par trames, chaque trame comprenant une ou plusieurs séquences de référence (202) et séquences de symboles utiles (203). Le procédé comprend : - une première étape (301) de réception d’une trame du signal RF, puis pour au moins une séquence de symboles utiles, - une deuxième étape (302) d’estimation d’une réponse impulsionnelle du canal de propagation associée à la séquence de symboles utiles (504), à l’aide des séquences de référence, - une troisième étape (303) d’extraction (605) des retards et amplitudes des K trajets les plus forts de ladite réponse impulsionnelle, - une quatrième étape (304) de traitement de la séquence de symboles utiles par un récepteur Rake à K trajets (505) en utilisant les retards et amplitudes calculés lors de la troisième étape (303). L’invention concerne également un récepteur configuré pour implémenter les étapes du procédé. Figure pour l’abrégé : Fig. 3 Procédé de réception de signaux radiofréquences non étalés spectralement L’invention se situe dans le domaine des télécommunications, en particulier des communications numériques opérées dans la bande de fréquence HF (Hautes Fréquences), bande de fréquence typiquement comprise entre 3 MHz et 30 MHz. Elle porte plus particulièrement sur un procédé de réception de signaux numériques radiofréquences (RF) non étalés spectralement, contribuant à la résolution des erreurs liées aux phénomènes de multitrajets des signaux transmis, ainsi que sur un récepteur configuré pour mettre en œuvre le procédé de réception selon l’invention. Par la suite, l’invention est décrite en lien avec des communications radiofréquences opérées dans la bande HF, où l’invention présente des performances particulièrement intéressantes. Cependant, elle peut s’appliquer de manière identique sans considération de la bande de fréquences. Les communications opérées en bande HF sont souvent affectées par des phénomènes de multitrajets complexes. Les conditions de propagation (réflexions sur la ionosphère, influence de latitude, etc…) en HF rendent le canal vu par le récepteur doublement sélectif : en fréquence et en temps. La sélectivité en fréquence se traduit par de l’interférence entre symboles, qu’il faut savoir traiter afin de pouvoir décoder l’information transmise. La sélectivité en temps se traduit par la nécessité d’adapter le traitement de l’interférence entre symboles au fil des informations reçues. En HF, le canal vu par un récepteur est très souvent composé de peu de trajets (en général deux, voire un peu plus), mais pouvant avoir des puissances moyennes proches. Il y a donc un intérêt particulier à traiter correctement ces différents trajets. Les modulations utilisées en HF sont majoritairement des modulations mono-porteuses, pour des considérations de facteur de crête. Le traitement de la sélectivité en temps et en fréquence du canal est donc habituellement réalisé dans le domaine temporel. Il existe trois familles de traitements permettant de traiter l’interférence entre symboles dans les récepteurs HF : les traitements basés sur le maximum de vraisemblance : ces traitements sont optimaux, c’est-à-dire que pour un rapport signal sur bruit donné, et en moyenne, le taux d’erreur binaire (en anglais Bit Error Rate , ou BER) obtenu est le plus faible qu’il est possible d’obtenir. Le défaut de cette solution est que la complexité du récepteur augmente exponentiellement avec la longueur du canal de propagation vue par le récepteur et l’ordre de la constellation utilisée, elle est donc généralement prohibitive ; les traitements d’égalisation : ces traitements consistent à appliquer l’effet inverse du canal de propagation au signal reçu. Un égaliseur est en général un bon compromis entre les performances obtenues et la complexité associée. On peut classer les égaliseurs existants de la manière suivante : les égaliseurs non itératifs : ils peuvent être linéaires ou non linéaires. Pour les canaux de transmission HF, les égaliseurs non linéaires à retour de décisions (par exemple un égaliseur DFE pour Decision Feedback Equalization , ou égalisation à décision récursive, ou un égaliseur BDFE pour Block Decision Feedback Equalization , ou égalisation à décision récursive en blocs) présentent de bonnes performances et sont les plus utilisés. Cependant, les performances de ces égaliseurs ne sont pas optimales et peuvent être encore améliorées ; les égaliseurs itératifs : la « Turbo Egalisation » consiste à associer de manière itérative la fonction de décodage de canal avec une fonction d’égalisation adaptative. Les performances de ces égaliseurs sont globalement très bonnes pour des débits élevés. Cependant, les gains apportés par ce type d’égaliseur sont faibles pour des débits faibles à modérés, comme c’est le cas en HF lorsque l’on souhaite transmettre de manière robuste. De plus, ces égaliseurs possèdent une complexité calculatoire élevée et nécessitent une connaissance fine de l’évolution du canal ; les récepteurs Rake : ils sont utilisés lorsque les symboles utiles sont étalés spectralement/répétés avant d’être transmis. L’étalement de spectre consiste à répéter les symboles transmis, en substituant chaque symbole utile à transmettre par une séquence d’étalement. Celle-ci correspond en général à une succession de symboles qui sont transmis à une cadence d’autant plus élevée. Les récepteurs Rake consistent à se placer aux instants correspondant aux divers trajets d’intérêt, puis à « désétaler » le signal pour chacun de ces instants. Les signaux « désétalés » sont ensuite recombinés de manière cohérente et le signal final est démodulé. Lors du traitement de chacun des trajets d’intérêt, les autres trajets sont considérés comme des signaux d’interférence. La qualité de réception de chaque trajet peut alors être qualifiée par le SINR (acronyme anglais pour Signal to Interference -plus-Noise Ratio , ou rapport signal à bruit plus interféreur). Le récepteur tire profit de l’utilisation de séquences d’étalement afin de rejeter les interférences et de maximiser le SINR pour chacun des trajets d’intérêts. L’inconvénient de ce type de récepteur est qu’il présuppose qu’une ou des séquences d’étalement sont utilisées, ce qui n’est pas nécessairement le cas pour les transmissions HF. . Le problème technique non résolu par l’art antérieur et que l’invention cherche à résoudre est donc celui de l’amélioration des performances des traitements de réception de signaux radiofréquence, en particulier les signaux HF qui par nature ne sont pas étalées et ont des débits modérés (0,15 à 0,6 bits/sec/Hz environ), et ce avec une complexité calculatoire contenue. L’invention répond à ce problème en traitant l’interférence entre symboles provoquée par le canal de propagation HF (ou ayant des caractéristiques proches) plus efficacement que les traitements de l’état de l’art. Par efficacement, on entend avec une complexité maitrisée et pour un rapport signal à bruit le plus bas possible. A cet effet, la présente invention décrit un procédé de réception d’un signal radiofréquences (RF) non étalé spectralement. Le signal est transmis par trames, chaque trame comprenant une ou plusieurs séquences de référence et une ou plusieurs séquences de symboles utiles. Le procédé selon l’invention comprend : une première étape de réception, transposition et numérisation d’une trame du signal RF, puis pour au moins une séquence de symboles utiles, une deuxième étape d’estimation d’une réponse impulsionnelle du canal de propagation associée à la séquence de symboles utiles, à l’aide d’une ou plusieurs des séquences de référence, une troisième étape d’extraction des retards et amplitudes des K trajets les plus forts de ladite réponse impulsionnelle du canal de propagation, une quatrième étape de traitement de la séquence de symboles utiles par un récepteur Rake à K trajets en utilisant les retards et amplitudes calculés lors de la troisième étape. Selon un mode de réalisation de l’invention, la deuxième étape d’estimation d’une réponse impulsionnelle du canal de propagation associée à la séquence de symboles utiles comprend : l’estimation d’une première réponse impulsionnelle du canal de propagation à partir d’une séquence de référence située avant ladite séquence de symboles utiles, l’estimation d’une deuxième réponse impulsionnelle du canal de propagation à partir d’une séquence de référence située après ladite séquence de symboles utiles, et le calcul d’une moyenne entre ladite première réponse impulsionnelle et ladite deuxième réponse impulsionnelle. La quatrième étape de traitement de la séquence de symboles utiles par un récepteur Rake à K trajets comprend : pour chaque trajet, l’application d’un recalage temporel et d’un gain à la séquence de symboles utiles, la sommation des séquences de symboles utiles recalées et ajustées en gain et la normalisation de la séquence de symboles résultante par un coefficient dépendant des gains appliqués aux trajets. Avantageusement, le procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon l’invention comprend en outre une étape d’estimation de bits de décision souples sur les symboles utiles issus de la quatrième étape, lesdits bits de décision souples étant par la suite utilisés comme entrées d’un algorithme de décodage correcteur d’erreurs. Selon un mode de réalisation du procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon l’invention, le signal RF est transmis dans la bande des Hautes Fréquences. L’invention porte également sur un récepteur de signaux radiofréquences, RF, caractérisé en ce qu’il comprend une chaîne radio configurée pour réaliser la première étape d’un procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon un mode de réalisation de l’invention, et des moyens de calcul configurés pour mettre en œuvre les étapes suivantes dudit procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon l’invention. L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, donnée à titre non limitatif, et grâce aux figures annexées, données à titre d’exemple. La est un schéma fonctionnel représentant une structure d’émission conventionnelle d’un signal HF sur lequel peut être mis en œuvre un procédé de réception d’un signal radiofréquence non étalé spectralement selon un mode de réalisation de l’invention ; La représente une structure conventionnelle de trame HF, sur laquelle peut être mis en œuvre un procédé de réception d’un signal radiofréquence non étalé spectralement selon un mode de réalisation de l’invention ; La représente schématiquement les étapes d’un procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon un mode de réalisation de l’invention ; La illustre les performances brutes atteintes en mettant en œuvre le procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon un mode de réalisation de l’invention sur un signal HF ; La est un schéma fonctionnel représentant un procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon un mode de réalisation de l’invention ; La représente plus en détails des fonctions d’estimation de canal et de réception Rake dans un procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon un mode de réalisation de l’invention ; La donne un exemple de réponse impulsionnelle calculée par l’estimateur de réponse impulsionnelle du canal de propagation dans un procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon un mode de réalisation de l’invention ; La représente les performances du procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon un mode de réalisation de l’invention pour une classe de débit de 600 bits par seconde ; La représentent les performances du procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon un mode de réalisation de l’invention pour une classe de débit de 1200 bits par seconde ; La représentent les performances du procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon un mode de réalisation de l’invention pour une classe de débit de 1800 bits par seconde ; La représente schématiquement un récepteur radiofréquence configuré pour mettre en œuvre un procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon un mode de réalisation de l’invention. Des références identiques sont utilisées dans des figures différentes lorsqu’elles désignent des éléments identiques ou comparables. Procédé de réception d’un signal radiofréquences, RF, non étalé spectralement, ledit signal étant transmis par trames, chaque trame comprenant une ou plusieurs séquences de référence (202) et une ou plusieurs séquences de symboles utiles (203), ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend : une première étape (301) de réception, transposition et numérisation d’une trame du signal RF, puis pour au moins une séquence de symboles utiles, une deuxième étape (302) d’estimation d’une réponse impulsionnelle du canal de propagation associée à la séquence de symboles utiles (504), à l’aide d’une ou plusieurs des séquences de référence, une troisième étape (303) d’extraction (605) des retards et amplitudes des K trajets les plus forts de ladite réponse impulsionnelle du canal de propagation, une quatrième étape (304) de traitement de la séquence de symboles utiles par un récepteur Rake à K trajets (505) en utilisant les retards et amplitudes calculés lors de la troisième étape (303). Procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon la revendication 1, dans lequel la deuxième étape d’estimation d’une réponse impulsionnelle du canal de propagation associée à la séquence de symboles utiles (504) comprend : l’estimation d’une première réponse impulsionnelle (602) du canal de propagation à partir d’une séquence de référence située avant ladite séquence de symboles utiles, l’estimation d’une deuxième réponse impulsionnelle (603) du canal de propagation à partir d’une séquence de référence située après ladite séquence de symboles utiles, et le calcul d’une moyenne (604) entre ladite première réponse impulsionnelle et ladite deuxième réponse impulsionnelle. Procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la quatrième étape de traitement de la séquence de symboles utiles par un récepteur Rake à K trajets (505) comprend : pour chaque trajet, l’application d’un recalage temporel (610) et d’un gain (612) à la séquence de symboles utiles, la sommation des séquences de symboles utiles recalées et ajustées en gain et la normalisation de la séquence de symboles résultante (613) par un coefficient dépendant des gains appliqués aux trajets. Procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre une étape d’estimation de bits de décision souples (508) sur les symboles utiles (506) issus de la quatrième étape (304), lesdits bits de décision souples étant par la suite utilisés comme entrées d’un algorithme de décodage correcteur d’erreurs (510). Procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le signal RF est transmis dans la bande des Hautes Fréquences. Récepteur de signaux radiofréquences, RF, caractérisé en ce qu’il comprend une chaîne radio (1102) configurée pour réaliser la première étape d’un procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement selon l’une des revendications précédentes, et des moyens de calcul (1103) configurés pour mettre en œuvre les étapes suivantes dudit procédé de réception d’un signal RF non étalé spectralement.