EP1602181A1 - Procede et dispositif de transmission a antenne sur vehicule automobile - Google Patents

Procede et dispositif de transmission a antenne sur vehicule automobile

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Publication number
EP1602181A1
EP1602181A1 EP04715347A EP04715347A EP1602181A1 EP 1602181 A1 EP1602181 A1 EP 1602181A1 EP 04715347 A EP04715347 A EP 04715347A EP 04715347 A EP04715347 A EP 04715347A EP 1602181 A1 EP1602181 A1 EP 1602181A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channel
track
movement
transmission device
signal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04715347A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Olivier Seller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orange SA
Original Assignee
France Telecom SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by France Telecom SA filed Critical France Telecom SA
Publication of EP1602181A1 publication Critical patent/EP1602181A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/01—Reducing phase shift
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/084—Equal gain combining, only phase adjustments
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/0842—Weighted combining
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming

Definitions

  • the invention relates to a transmission device intended to be fixed to a motor vehicle, as well as to a transmission method on a motor vehicle.
  • One field of application of the invention relates to communication between a fixed broadcasting center and a motor vehicle which moves in relation to the latter and on which a transmitting and / or receiving antenna is fixed.
  • the movement of the motor vehicle induces a Doppler effect during transmission or reception, which manifests itself in frequency spreading of the signal transmitted or received, due to an offset in frequency of each electromagnetic path transmitted or received. This frequency shift is troublesome for narrowband signals.
  • the Doppler effect is particularly penalizing for example for transmissions using a multi-carrier modulation of the OFDM type, in which the carriers have a low bandwidth, since it results in interference between carriers. More generally, the Doppler effect tends to scramble the transmitted or received signal.
  • the invention aims to obtain a transmission device remedying the drawbacks of the state of the art and making it possible to improve the transmission of signals during movement.
  • a first object of the invention is a transmission device intended to be fixed to a motor vehicle having a prescribed direction of instantaneous movement, the device comprising at least one antenna capable of transmitting or receiving a signal having at least one electromagnetic space propagation path and a channel forming means connected to said antenna, characterized in that the channel forming means and said antenna are such that at least one channel corresponding to the emission is formed or the reception of the signal, limited to at least one associated angular range of orientation of the electromagnetic path of the signal, the channel is connected to a means for applying a frequency correction to the channel, the frequency correction being controlled by correction control means and dependent on a value of the speed of movement of the motor vehicle in the direction of instantaneous movement and a prescribed angular value for said track, referred to the direction of travel instantaneous and included in the angular domain of the associated channel, so as to reduce the frequency offset of the channel, due to the Doppler effect acting on the electromagnetic path of the signal.
  • the signal is corrected selectively as a function of the orientation of the path or paths in transmission or in reception and the speed of movement of the vehicle.
  • the correction of the signal will be carried out each time the vehicle passes during its journey through the corresponding orientation.
  • the correction has an effect on the signal when the latter has one or more orientation paths included in the channel. It therefore dispenses with having to know at all times the orientation of the vehicle with respect to the electromagnetic path (s) of the received signal, or with respect to the electromagnetic path (s) between the vehicle and a recipient of the transmitted signal.
  • the prescribed track angular value is the angle of the bisector of the associated track angular range with respect to the instantaneous direction of movement
  • - or the prescribed angular value of the track is the angle formed by a pointing direction of the track, corresponding to a maximum of its radiation pattern and the direction of movement; - or the prescribed angular value of the track is the average angle ⁇ mj of the track, defined by
  • g j b 2 ⁇ Eiiff. ⁇ ⁇ ⁇ . â ⁇ t
  • g j (0) represents the radiation pattern of the channel
  • the prescribed angular value of the track is the mean angle 0 mj - of the track, defined by ⁇ mj ⁇ arccos (jo 27r gj (0). cos (0). d ⁇ ), where arccos denotes the function arccosinus and g j (0) represents the radiation pattern of the channel;
  • the track frequency correction is proportional to the cosine of the track angular value and to the value of the speed of movement of the motor vehicle in the direction of instantaneous movement;
  • ⁇ f j -k j . (v / c) .f o .cos (0 mj ), where ⁇ mj is the angular value of the channel, v is the value of the speed of movement of the motor vehicle in the instantaneous direction of movement, c is the speed of light, fo is the frequency of the carrier of the antenna signal, and kj is a proportionality factor minimizing the moment SD jj2 of order 2 of Doppler shift of the channel (7 days ), equal to
  • SD j> 2 (L - ⁇ Pj (f).
  • ⁇ fj - (v / c) .fo.cos (0 raj ), where ⁇ mj is the angular value of track, v is the value of the speed of movement of the motor vehicle in the instantaneous direction of travel, c is the speed of light, f 0 is the frequency of the carrier of the antenna signal; - A track angular domain includes the direction of instantaneous movement;
  • At least one track angular domain comprises the direction of instantaneous movement in one direction and another track angular domain comprises the direction of instantaneous movement in the opposite direction; - the track is symmetrical with respect to the direction of instantaneous movement;
  • the channel forming means and said antenna are such that at least two channels are formed corresponding to the transmission or reception of the signal, limited to at least two different angular domains associated with the orientation of the electromagnetic path of the signal, less than 360 °, and the frequency correction means of the channels are connected to means for combining the corrected channels to output a frequency corrected reception signal or the frequency correction means of the channels are connected to decombination means of an input signal to be transmitted to form accesses to be corrected in frequency by the frequency correction means to form said corrected channels, which supply emission signals to said antenna via the channel forming means;
  • the combination means or the decombination means comprise channel phase shifting means and / or channel amplitude correction means; - or the combination means or the decombination means are free of channel phase shifting means and channel amplitude correction means;
  • the transmission device includes for each channel an antem directive and a link without phase shift to the directive antenna as a means of channel formation;
  • the antennas are equidistant and aligned parallel to the direction of movement; - the antennas are omnidirectional;
  • V 1 A 1 + e , ' ⁇ .A 2 + e ]' 2 ⁇ .A 3
  • V 2 A ⁇ + A 2 + A 3
  • V 3 A ⁇ + e- j ⁇ .A 2 + e- 2j ⁇ .A 3
  • the transmission device comprises means for determining the instantaneous value of the speed of movement of the motor vehicle according to the direction of instantaneous movement;
  • a second object of the invention is a transmission method on a motor vehicle having a prescribed direction of instantaneous movement and on which is fixed at least one antenna capable of transmitting or receiving a signal having at least one electromagnetic propagation path in the space in which at least one channel is formed from or for said antenna, characterized in that said formed channel corresponds to the emission or reception of the signal, limited to at least one associated angular range of electromagnetic path orientation of the signal, a frequency correction for said channel is calculated for said channel depending on the value of the speed of movement of the motor vehicle in the direction of instantaneous movement and of an angular value prescribed for said channel, related to the direction of instantaneous movement and included in the associated angular range of the channel, and the frequency correction is applied to said channel whole, so as to reduce the frequency offset of said channel, due to the Doppler effect acting on the electromagnetic path of the signal.
  • FIG. 1 is a schematic top view of a motor vehicle fitted with a device according to the invention
  • FIG. 2 shows a channel training module of the device according to the invention, in the case where it is inserted in a reception chain
  • FIG. 3 is a schematic view of the angular domains of the tracks of the device according to the invention.
  • FIG. 4 schematically shows the formation of corrected channels of the device according to the invention
  • FIG. 5 schematically shows another possibility of implementing the formation of corrected channels of the device according to the invention
  • FIG. 6 schematically shows a channel correction control module of the device according to the invention
  • FIG. 7 is a schematic top view of a motor vehicle fitted with a device according to the invention in an embodiment with three antennas,
  • FIG. 8 schematically shows the embodiment of the device according to FIG. 7,
  • FIG. 9 shows a radiation diagram of the channels formed according to FIG. 8, and
  • FIG. 10 shows the conventional Doppler spectrum of an antenna and the Doppler spectrum of the device according to FIGS. 8 and 9.
  • the transmission device according to the invention is used for receiving signals from the outside.
  • the transmission device according to the invention can also be used to transmit signals to the outside.
  • the transmission device comprises one or more antennas li, 1 2 , ..., 1 N for transmitting and / or receiving electromagnetic signals, assumed below for reception of these and generally designated by the number 1.
  • the transmission device comprises suitable means for mounting the antenna (s) 1 on a motor vehicle 2 for fixing them thereon, so that the antenna (s) 1 are immobilized relative to the reference frame of the vehicle 2.
  • the motor vehicle 2 is for example a road passenger car with four wheels 3 running on the ground. Motor vehicle 2 could also be part of a train.
  • the motor vehicle 2 has a prescribed direction 4 of instantaneous displacement, hereinafter called direction of displacement, which is the direction of its instantaneous speed vector relative to the terrestrial frame of reference and its direction going from its rear part to its front part in one direction.
  • direction of displacement is the direction of its instantaneous speed vector relative to the terrestrial frame of reference and its direction going from its rear part to its front part in one direction.
  • Each signal transmitted or received by the antennas 1 can have an electromagnetic path of propagation in space, or several electromagnetic paths of propagation in space due to the different reflections undergone on obstacles and / or on the ground.
  • the same information system can also come from several transmitters, as in the case of single frequency networks SFN (Single Frequency Network).
  • SFN Single Frequency Network
  • the antennas li, 1 2 , ..., 1 N are respectively connected to the accesses 5 ⁇ , 5 2 , ..., 5N of a module 6 for forming channels 7 ⁇ , 7 2 , ..., 7 M , WHERE M is less than or equal to N, the channels being also called beams.
  • the antennas li, 1 2 , ..., 1 N are directional, that is to say each have a radiation diagram having at least a maximum respectively in a determined direction 8 ⁇ , 8, ..., 8 N , different for each antenna l ls 1 2 , ...., 1N, compared to the direction 4 of movement.
  • M is equal to N and each channel 7 j (1 ⁇ j ⁇ M) is respectively connected to the access 5 j (1 ⁇ j ⁇ N) of the antennas l ls 1 2 , ..., 1N by a single link, without linear combination with the other accesses 5j, where i ⁇ , as shown by the broken lines in Figure 2.
  • each channel 7 j (1 ⁇ j ⁇ M) is a linear combination of some of the ports or all of the ports 5 ⁇ , 5 2 , ..., 5N of the antennas l l5 1 2 , .. ., 1 N , carried out by module 6, module 5 then being of the beam forming type by calculation (FFC).
  • the antennas li, 1 2 , ..., 1 N are not necessarily directional and can be omnidirectional.
  • the beamforming module 5 is arranged so that the channels 7 ⁇ 7 2, .... 7M formed each correspond to a directional channel radiation diagram in the sense defined above.
  • each channel radiation diagram has at least a maximum power respectively in a determined direction 8 ⁇ , 8 2 , ..., 8 M pointing, different for each channel 7 ⁇ , 7 2 , ..., 7 M relative to direction 4 of movement.
  • Each channel 7 ⁇ , 7 2 , ..., 7 M is further limited to an angular domain 9 ⁇ , 9 2 , ..., 9 M of electromagnetic path orientation with respect to direction 4 of movement.
  • the areas 9 ⁇ , 9 2 , ..., 9 M respectively contain the directions 8 ls 8, ..., 8M pointing and are each less than 360 °.
  • Channels 7 ⁇ , 7 2 , ..., 7 M are for example each formed by a main radiation lobe, the part of which is located within 3 dB of the maximum power of the lobe is delimited by the associated angular domain 9 ⁇ , 92, ..., 9 M -
  • Each channel 7 ⁇ , 7 2 , ..., 7 can also include an angular domain 9 ls 9 2 , ..., 9 M composed of two symmetrical portions with respect to the direction 4 of displacement as shown in FIG. 3 for each of the angular domains 9 2 , 9 3 and 9 j , a main radiation lobe being located in each portion.
  • the angular domains 9 ⁇ , 9 2 , ..., 9 M are slightly disjointed, meet to cover together 360 ° as shown in the figures
  • each angular range 9 ⁇ , 9, ..., 9 M can be constant or different from one direction of lane pointing to another.
  • the M channels 7 ls 7 2 , ..., 7 M are formed using N sensors, not shown, connected to the ports 5, 5 2 , ..., 5 N of the antennas.
  • a target angle 7 ⁇ , 72, ..., 7 M of track is chosen for each track 7_, 7 2 , ..., 7 M.
  • Target angles can take other values but check
  • the sensors can be on a straight line, for example horizontal, or not be aligned. If they are on a straight line, it can be parallel to the direction
  • the value dy is the path difference of a plane wave whose direction of propagation makes an angle ⁇ , with direction 4 of displacement.
  • Each channel 7 ⁇ , 7 2 , ..., 7M is connected to a module 10 ⁇ , 10 2 , ..., 10 M of channel correction.
  • Each module 10 ⁇ , 10 2 , ..., 10 M of channel correction corrects respectively by an offset ⁇ f ls ⁇ f 2 , ..., ⁇ fM in frequency the channel 7 ⁇ , 7 2. ....
  • each correction ⁇ fi, ⁇ f 2 , ..., ⁇ f M in frequency depends respectively on the channel 7 ⁇ , 7 2 , ..., 7 M.
  • the modules 10 ⁇ , 10 2 , ..., 10 M of channel correction include output ports 17_, 17 2 , ..., 17 M of channel corrected by the offset ⁇ fi, ⁇ f 2 , ... , ⁇ f in frequency compared to channels 7 ⁇ , 7, ..., 7 M not corrected.
  • the modules 10 1 ⁇ 10, ..., 10M of channel correction comprise channels 7 ⁇ , 7, ..., 7 M , which supply the antenna li, 1 with transmission signals. 2 , ..., 1N and which are corrected by the offset ⁇ fi, ⁇ f 2 , ..., ⁇ f M in frequency with respect to the input ports 17 . , 17 2 , ..., 17 M of track.
  • a control access l li, 11 2 , ..., 11 M is provided on each module 10 ls 10 2 , ..., 10 M channel correction to apply a frequency shift signal ⁇ fi, ⁇ f, ..., ⁇ f to it.
  • the correction signals ⁇ fi, ⁇ f 2 , ..., FM in frequency are generated respectively by modules 12 l5 12, ..., 12M of correction control, similar to that shown in detail in FIG. 6 and designated by generally by the number 12.
  • each correction control module 12 comprises:
  • the value v of the speed of movement of the vehicle 2 along the direction of movement 4 is obtained by a determination or a measurement carried out in real time on the vehicle 2, for example using the speedometer present on its dashboard or knowledge of successive positions of the vehicle obtained by a GPS system, and / or by a blind estimator and / or by a digital signal from pilots using the signal emitted by a source distant from the vehicle and the signal received by an antenna other than or formed by the above-mentioned antennas 1.
  • the carrier frequency fo is a constant prescribed in the transmission device in the case where the latter comprises a single carrier.
  • the frequency correction ⁇ f may be different for each carrier for the same channel.
  • the frequency correction ⁇ f can be narrowband and the correction modules 10 can be provided in various stages of the reception or transmission chain and be produced by analog or digital circuits.
  • the angular value ⁇ m ⁇ , ⁇ a, ..., # mM of channel depends on channel 7 ⁇ , 7 2 , ..., 7 respectively associated with the module 12 ls 12, ..., 12 M of correction command .
  • the angular value ⁇ m ⁇ , ⁇ a, - - -, #mM of track is related to direction 4 of movement and corresponds to a direction included in the angular range 9 ⁇ , 9 2 , ..., 9 M deviates.
  • the channel angular value ⁇ m] - is equal to the target channel angle ⁇ 3 for 1 ⁇ j ⁇ M.
  • the angular value ⁇ ⁇ M of track is for example the angle of the bisector of the angular domain 9 l5 9 2 , ..., 9 M with respect to the direction 4 of displacement.
  • the angular value 0 ml , #mony £ , ..., ⁇ ⁇ M of track is the angle formed by the direction 8 ⁇ , 8 2 , ..., 8M pointing and the direction 4 of movement.
  • the angular value ⁇ m ⁇ , ⁇ ⁇ a, ..., # mM of track is the mean angle ⁇ mj of the track, defined by where 1 ⁇ j ⁇ M and g j (0) represents the radiation pattern of channel 7 j .
  • the correction signals ⁇ fi, ⁇ f 2 , ..., ⁇ f M in frequency generated respectively by the modules 12 ⁇ , 12, ..., 12 M of correction command depend on the values applied to their first, second, third and fourth inputs 13, 14, 15 and 16.
  • the frequency correction ⁇ fi, ⁇ f 2 , ..., M of the channel is proportional to the cosine of the angular value 0 ml , 0 ⁇ _. . ..., ⁇ personally M of track and at the value of the speed v of movement of the antenna (s) 1 1 ⁇ 1 2 , ..., 1N in the direction 4 of instantaneous movement of the vehicle 2.
  • the frequency correction ⁇ f 1 ⁇ ⁇ f 2 , ..., ⁇ f M of channel is given by:
  • ⁇ fj -kj. (V / c) .fo.cos (0 mj ), where 1 ⁇ j ⁇ M, c is the speed of light, and k j is a proportionality factor minimizing the mean absolute Doppler shift SDAM or moment of order 1 of the Doppler shift of channel 7j, equal to
  • SDAM j ( ⁇ + ⁇ Pj (f).
  • the Doppler spectrum p j (f) is for example calculated beforehand according to the following approximate numerical method.
  • the factor k j of proportionality is chosen equal to one, for all channels 7 j , where 1 ⁇ j ⁇ M.
  • the radiation diagram g j (0) of each channel 7j is divided into L equal angular sectors related to the direction 4 of movement and going from 0 to 360 °.
  • the average power received by each channel 7 j or antenna 1, in the sector h is g j (5 h ) / L when L tends to infinity.
  • the Doppler spectrum p j (f) of channel 7 j is calculated as the histogram of the values ⁇ cos (/? H ) ⁇ ⁇ ⁇ h ⁇ L on the abscissa with associated numbers ⁇ gj (/ 3 h ) / L ⁇ ⁇ ⁇ h ⁇ L, î ⁇ j ⁇ M -
  • the Doppler P spectrum j.or (f) of channel 7 j corrected by the frequency offset ⁇ fj on the accesses 17 ⁇ , 17 2 , ..., 17M of channel is calculated as being the histogram of the values ⁇ cos (-h) - ⁇ ⁇ ⁇ h ⁇ L , I ⁇ j ⁇ M on the abscissa with associated numbers ⁇ g j (0h) / L ⁇ i ⁇ h ⁇ L, I ⁇ j ⁇ M-
  • the overall Doppler spectrum of the corrected or uncorrected channels is equal to the sum of the individual Doppler spectra P jCOr (f) or p j (f) of these.
  • the channels corrected on the accesses 17 ⁇ , 172, • • •, 1 M are then combined into a reception signal corrected on the access 18 then serving as output.
  • the recombination of 17 ⁇ access, 172, .... 17 M is carried out for example by an adder module 19 receiving on its inputs the accesses 17 ls 17 2 , • • -, 7 M in FIG. 4.
  • the recombination of the accesses 17 ⁇ , 17 2 , • • •, 17 M is carried out for example by an adder 20 receiving on its inputs the accesses 17 ⁇ , 17 2 , • • -, 17 M phase-shifted individually by phase-shifters or phase correctors 21 l5 21 2 , ..., 21 M in FIG.
  • the recombination of the accesses 17 ⁇ , 17 2 , ..., 17M is carried out for example by an adder 20 receiving on its inputs the accesses 17 ⁇ , 17 2 , ..., 17 M individually phase-shifted by phase and phase correctors amplitude 21 1 ⁇ 21 2 , ..., 21M in FIG. 5, in the case of a combination with diversity of antennas, for example, for a combination with maximum ratio (MRC, Maximum Ratio Combining).
  • the recombination can also be carried out by frequency sub-bands, that is to say in the case of a transmission of the OFDM type, carrier by carrier.
  • the module 19 decomposes the signal to be transmitted by the antennas li, 1 2 , ..., 1 N , which is present on the access 18 then serving as input, in said accesses 17 ⁇ , 17 2 , .. ., 17 M , possibly with a phase shift caused by phase shifters or phase correctors 21 ls 21, ..., 21 -
  • the antennas li, 1, 1 3 are connected respectively to the accesses 5, 5, 5 3 of the module 6 for forming channels 7, 7, 2 , 7 3 by means of OFDM demodulators numbered 22, 22, 22 3 .
  • the signals Vi, V 2 , V 3 of the channels 7 ⁇ , 7 2 , 7 3 are the following:
  • V ⁇ A ⁇ + e i ⁇ .A 2 + e ) '2 ⁇ .A 3
  • V 2 A ⁇ + A 2 + A 3
  • V 3 A 1 + e- j ⁇ .A 2 + e 2j ⁇ .A 3
  • Ai, A 2 , A 3 are the access signals 5 ⁇ , 5 2 , 5 3
  • V 2 being the signal of the channel to the sides in the angular domain 9 2 , for which ⁇ ⁇ a - ⁇ / 2 and
  • the side channel V 2 receives a zero frequency correction of the modules 10 2 , 12 2
  • the coefficient k is taken equal to 0.85 in order to minimize the mean absolute Doppler shift SDAM, which is equal to 0.26 after recombination. f d .
  • the corrected channels 17 ⁇ , 17 2 , 17 3 are recombined by an MRC system 23 to obtain the corrected reception signal 18.
  • FIGS. 8 to 10 also applies in the case of three antennas occupying the same position on the vehicle but but having directivities towards the front, towards the sides and towards the rear according to the radiation diagrams of the signals Vi, V 2 , V 3 in Figure 9.
  • FIG. 10 shows in dashed lines the classic Doppler spectrum, known as the Jakes type, of an omnidirectional antenna in the absence of correction, given by the equation
  • H d ( ⁇ f) B. [l- ( ⁇ f / fd) 2 r 1/2 where ⁇ f is the Doppler shift on the abscissa, B is a constant and the normalized Doppler frequency is equal to ⁇ f / f.
  • this embodiment of the transmission device gives the possibility of applying a much greater frequency excursion to the useful signal and makes it possible to reduce the overlapping of spectrum between carriers.
  • the spectral spread of the signal due to the Doppler effect is reduced in the corrected signal.
  • the mean absolute Doppler shift SDAM of the classical spectrum Hd (f) is equal to 0.64.f d . Therefore, the average absolute Doppler shift is reduced by more than 59% in this embodiment. It follows the possibility in this embodiment of more than doubling the maximum displacement speed, if the frequency spread due to the Doppler effect is the limiting factor of the transmission in this embodiment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Le dispositif de transmission suivant l'invention est destiné à être fixé sur un véhicule ayant une direction prescrite (4) de déplacement Il est formé au moins une voie correspondant à l'émission ou la réception du signal, limitée à un domaine angulaire (9j) associé d'orientation de trajet du signal, inférieur à 360°. La voie est reliée à un moyen pour appliquer une correction fréquentielle à la voie. La correction fréquentielle dépend de la valeur de la vitesse de déplacement du véhicule suivant la direction (4) de déplacement et d'une valeur angulaire comprise dans le domaine (9j) de voie, de manière à diminuer le décalage fréquentiel de la voie, dû à l'effet Doppler agissant sur le signal.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRANSMISSION A ANTENNE SUR
VEHICULE AUTOMOBILE.
L'invention concerne un dispositif de transmission destiné à être fixé sur un véhicule automobile, ainsi qu'un procédé de transmission sur un véhicule automobile.
Un domaine d'application de l'invention concerne la communication entre un centre de radiodiffusion fixe et un véhicule automobile qui se déplace par rapport à celui-ci et sur lequel est fixé une antenne d'émission et/ou de réception.
Le déplacement du véhicule automobile induit lors de l'émission ou de la réception un effet Doppler, qui se manifeste par un étalement en fréquence du signal émis ou reçu, dû à un décalage en f équence de chaque trajet électromagnétique émis ou reçu. Ce décalage en fréquence s'avère gênant pour les signaux à bande étroite. Ainsi l'effet Doppler est particulièrement pénalisant par exemple pour les transmissions utilisant une modulation à porteuses multiples du type OFDM, dans laquelle les porteuses ont une faible largeur de bande, puisqu'il s'y traduit par des interférences entre porteuses. Plus généralement, l'effet Doppler tend à brouiller le signal émis ou reçu.
L'invention vise à obtenir un dispositif de transmission remédiant aux inconvénients de l'état de la technique et permettant d'améliorer la transmission de signaux lors du déplacement.
A cet effet, un premier objet de l'invention est un dispositif de transmission destiné à être fixé sur un véhicule automobile ayant une direction prescrite de déplacement instantané, le dispositif comportant au moins une antenne apte à émettre ou recevoir un signal ayant au moins un trajet électromagnétique de propagation dans l'espace et un moyen de formation de voie relié à ladite antenne, caractérisé en ce que le moyen de formation de voie et ladite antenne sont tels qu'il est formé au moins une voie correspondant à l'émission ou la réception du signal, limitée à au moins un domaine angulaire associé d'orientation de trajet électromagnétique du signal, la voie est reliée à un moyen pour appliquer une correction fréquentielle à la voie, la correction fréquentielle étant commandée par des moyens de commande de correction et dépendant d'une valeur de la vitesse de déplacement du véhicule automobile suivant la direction de déplacement instantané et d'une valeur angulaire prescrite pour ladite voie, rapportée à la direction de déplacement instantané et comprise dans le domaine angulaire de voie associé, de manière à diminuer le décalage fréquentiel de la voie, dû à l'effet Doppler agissant sur le trajet électromagnétique du signal.
Grâce à l'invention, on corrige le signal de manière sélective en fonction de l'orientation du ou des trajets en émission ou en réception et de la vitesse de déplacement du véhicule. Ainsi, la correction du signal sera effectuée chaque fois que le véhicule passera au cours de son parcours par l'orientation correspondante. Pour chaque voie formée, la correction a un effet sur le signal lorsque celui-ci présente un ou des trajets d'orientation comprise dans la voie. On se dispense ainsi de devoir connaître à tout moment l'orientation du véhicule par rapport au(x) trajet(s) électromagnétique(s) du signal reçu, ou par rapport au(x) trajet(s) électromagnétique(s) entre le véhicule et un destinataire du signal émis.
Suivant d'autres caractéristiques de l'invention,
- la valeur angulaire prescrite de voie est l'angle de la bissectrice du domaine angulaire de voie associé par rapport à la direction de déplacement instantané ;
- ou la valeur angulaire prescrite de voie est l'angle formé par une direction de pointage de la voie, correspondant à un maximum de son diagramme de rayonnement et la direction de déplacement ; - ou la valeur angulaire prescrite de voie est l'angle moyen θmj de la voie, défini par
0mj = b2τ Eiiff . \ θ \ . âθt où gj(0) représente le diagramme de rayonnement de la voie ;
- ou la valeur angulaire prescrite de voie est l'angle moyen 0mj- de la voie, défini par θmj ≈ arccos ( jo27r gj(0) . cos(0) . dθ), où arccos désigne la fonction arccosinus et gj(0) représente le diagramme de rayonnement de la voie ;
- la correction fréquentielle de voie est proportionnelle au cosinus de la valeur angulaire de voie et à la valeur de la vitesse de déplacement du véhicule automobile suivant la direction de déplacement instantané ;
- la correction fréquentielle Δfj de voie est donnée par : Δfj = -kj.(v/c).fo.cos(#mj), où θmj est la valeur angulaire de voie, v est la valeur de la vitesse de déplacement du véhicule automobile suivant la direction de déplacement instantané, c est la célérité de la lumière, fo est la fréquence de la porteuse du signal d'antenne, et kj est un facteur de proportionnalité minimisant le décalage Doppler absolu moyen SDAMj égal à SDAMj = ( J.e.+"pj(f). | f | .df ) / ( j ≈+-pj(f).df ), où pj(f) est le spectre Doppler de la voie ;
- la correction fréquentielle Δfj de voie est donnée par : Δfj = -kj.(v/c).fo.cos(0mj), où θmj est la valeur angulaire de voie, v est la valeur de la vitesse de déplacement du véhicule automobile suivant la direction de déplacement instantané, c est la célérité de la lumière, fo est la fréquence de la porteuse du signal d'antenne, et kj est un facteur de proportionnalité minimisant le moment SDjj2 d'ordre 2 du décalage Doppler de la voie (7j), égal à
SDj>2 = ( L -∞ Pj(f). | f| 2.df) / ( ^+∞ Pj(f).df), où pj(f) est le spectre Doppler de la voie ;
- ou la correction fréquentielle Δfj de voie est donnée par : Δfj = -(v/c).fo.cos(0raj), où θmj est la valeur angulaire de voie, v est la valeur de la vitesse de déplacement du véhicule automobile suivant la direction de déplacement instantané, c est la célérité de la lumière, f0 est la fréquence de la porteuse du signal d'antenne ; - un domaine angulaire de voie comprend la direction de déplacement instantané ;
- au moins un domaine angulaire de voie comprend la direction de déplacement instantané dans un sens et un autre domaine angulaire de voie comprend la direction de déplacement instantané dans le sens opposé ; - la voie est symétrique par rapport à la direction de déplacement instantané ;
- le moyen de formation de voie et ladite antenne sont tels qu'il est formé au moins deux voies correspondant à l'émission ou la réception du signal, limitée à au moins deux domaines angulaires associés différents d'orientation de trajet électromagnétique du signal, inférieurs à 360°, et les moyens de correction fréquentielle des voies sont reliés à des moyens de combinaison des voies corrigées pour fournir en sortie un signal de réception corrigé en fréquence ou les moyens de correction fréquentielle des voies sont reliés à des moyens de décombinaison d'un signal en entrée à émettre pour former des accès à corriger en fréquence par les moyens de correction fréquentielle pour former lesdites voies corrigées, qui alimentent en signaux d'émission ladite antenne par l'intermédiaire du moyen de formation de voie ;
- les moyens de combinaison ou les moyens de décombinaison comportent des moyens de déphasage de voie et/ou des moyens de correction d'amplitude de voie ; - ou les moyens de combinaison ou les moyens de décombinaison sont exempts de moyens de déphasage de voie et de moyens de correction d'amplitude de voie ;
- le dispositif de transmission comporte pour chaque voie une antem e directive et une liaison sans déphasage à l'antenne directive en tant que moyen de formation de voie ;
- le dispositif de transmission une pluralité de N antennes espacées les unes des autres au moins le long de la direction de déplacement instantané, le moyen de formation de voie étant relié à la pluralité d'antennes et formant des signaux Vj de M voies pour 1 <i ≤M dans le domaine angulaire de voie associé par combinaison linéaire des signaux A] d'antennes, pour 1 ≤l ≤N, selon la formule Vj = ∑ι=1 os,ι Ai , où 0!;,] = exp(2J7τdj;ι IX), j est l'unité imaginaire pure, λ est la longueur d'onde et la valeur d est la différence de marche, prise entre l'une choisie des antennes et les autres antennes, d'une onde plane faisant un angle cible γ, de voie égal à la valeur angulaire θm\ prescrite de la voie i avec la direction de déplacement ;
- les antennes sont équidistantes et alignées parallèlement à la direction de déplacement ; - les antennes sont omnidirectionnelles ;
- trois antennes omnidirectionnelles séparées de λ/3 sont prévues, le moyen de formation de voies formant à partir des trois antennes trois voies, dont les signaux Vi, V2 , V sont donnés par
V1 = A1 + e,'φ.A2 + e]'2φ.A3
V2 = Aι + A2 + A3
V3 = Aι + e-jφ.A2 + e-2jφ.A3 où Ai, A2, A3 sont les signaux des antennes et = 2τβ. - les trois voies ayant respectivement les signaux Vi, V2, V reçoivent du moyen d'application de correction respectivement des corrections en fréquence de voie de -k.fj, 0 et + k.f<. d, où fd=(v/c).f0 v est la valeur de la vitesse de déplacement du véhicule automobile suivant la direction de déplacement instantané, c est la célérité de la lumière, f0 est la fréquence de la porteuse du signal d'antenne, et k est un facteur de proportionnalité égal à 0,85 ;
- un nombre M de voies, supérieur ou égal à 2, sont formées par le moyen de formation de voie, et la valeur angulaire θm[ prescrite de voie, rapportée à la direction de déplacement instantané, est un angle cible j\ de voie prenant les valeurs γ, = (i-l).7r/(M-l) pour 1 <i <M et 0 = 0. - le dispositif de transmission comprend un moyen de détermination de la valeur instantanée de la vitesse de déplacement du véhicule automobile suivant la direction de déplacement instantané ;
Un deuxième objet de l'invention est un procédé de transmission sur un véhicule automobile ayant une direction prescrite de déplacement instantané et sur lequel est fixé au moins une antenne apte à émettre ou recevoir un signal ayant au moins un trajet électromagnétique de propagation dans l'espace, dans lequel on forme au moins une voie à partir de ou pour ladite antenne, caractérisé en ce que ladite voie formée correspond à l'émission ou la réception du signal, limitée à au moins un domaine angulaire associé d'orientation de trajet électromagnétique du signal, on calcule pour ladite voie une correction fréquentielle de voie dépendant de la valeur de la vitesse de déplacement du véhicule automobile suivant la direction de déplacement instantané et d'une valeur angulaire prescrite pour ladite voie, rapportée à la direction de déplacement instantané et comprise dans le domaine angulaire de voie associé, et on applique à ladite voie la correction fréquentielle, de manière à diminuer le décalage fréquentiel de ladite voie, dû à l'effet Doppler agissant sur le trajet électromagnétique du signal.
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique de dessus d'un véhicule automobile muni d'un dispositif suivant l'invention, - la figure 2 montre un module de formation de voies du dispositif suivant l'invention, dans le cas où il est inséré dans une chaîne de réception,
- la figure 3 est une vue schématique des domaines angulaires des voies du dispositif suivant l'invention,
- la figure 4 montre schématiquement la formation de voies corrigées du dispositif suivant l'invention,
- la figure 5 montre schématiquement une autre possibilité de mise en œuvre de la formation de voies corrigées du dispositif suivant l'invention,
- la figure 6 montre schématiquement un module de commande de correction de voie du dispositif suivant l'invention,
- la figure 7 est une vue schématique de dessus d'un véhicule automobile muni d'un dispositif suivant l'invention dans un mode de réalisation à trois antennes,
- la figure 8 montre schématiquement le mode de réalisation du dispositif suivant la figure 7,
- la figure 9 montre un diagramme de rayonnement des voies formées selon la figure 8, et
- la figure 10 montre le spectre Doppler classique d'une antenne et le spectre Doppler du dispositif selon les figures 8 et 9.
Aux figures, on suppose que le dispositif de transmission suivant l'invention sert à la réception de signaux depuis l'extérieur. Bien entendu, le dispositif de transmission suivant l'invention peut également servir à émettre des signaux vers l'extérieur.
Le dispositif de transmission comporte une ou plusieurs antennes li, 12, ...,1N d'émission et/ou de réception de signaux électromagnétiques, supposées ci-dessous de réception de ceux-ci et désignées d'une manière générale par le chiffre 1. Le dispositif de transmission comporte des moyens de montage appropriés de la ou des antennes 1 sur un véhicule automobile 2 pour leur fixation sur celui-ci, de manière à ce que la ou les antennes 1 soient immobilisées par rapport au réferentiel du véhicule 2. Le véhicule automobile 2 est par exemple une voiture routière de tourisme à quatre roues 3 de roulement sur le sol. Le véhicule automobile 2 pourrait également être une partie d'un train.
Le véhicule automobile 2 possède une direction prescrite 4 de déplacement instantané, appelée ci-après direction de déplacement, qui est la direction de son vecteur vitesse instantané par rapport au réferentiel terrestre et sa direction allant de sa partie arrière à sa partie avant dans un sens de marche. Chaque signal émis ou reçu par les antennes 1 peut avoir un trajet électromagnétique de propagation dans l'espace, ou plusieurs trajets électromagnétiques de propagation dans l'espace dûs aux différentes réflexions subies sur des obstacles et/ou sur le sol. Un même système d'informations peut également provenir de plusieurs émetteurs, comme dans le cas des réseaux monofréquence SFN (Single Frequency Network). Les trajets électromagnétiques, par exemple radioélectriques, émis ou reçus par la ou les antennes 1 et les diagrammes de rayonnement sont repérés dans un plan horizontal contenant la direction 4 de déplacement par un angle θ par rapport à celle-ci.
Les antennes li, 12, ...,1N sont reliées respectivement aux accès 5ι, 52,..., 5N d'un module 6 de formation de voies 7\, 72,... , 7M, OÙ M est inférieur ou égal à N, les voies étant également appelées faisceaux.
Suivant un premier exemple de réalisation, les antennes li, 12, ...,1N sont directives, c'est-à-dire possèdent chacune un diagramme de rayonnement ayant au moins un maximum respectivement dans une direction déterminée 8ι, 8 ,..., 8N, différente pour chaque antenne lls 12, .. .,1N, par rapport à la direction 4 de déplacement. Dans ce cas, M est égal à N et chaque voie 7j (1 ≤j ≤M) est reliée respectivement à l'accès 5j (1 ≤j ≤N) des antennes lls 12, ...,1N par une simple liaison, sans combinaison linéaire avec les autres accès 5j, où i §, ainsi que figuré par les traits interrompus à la figure 2.
Dans un deuxième exemple de réalisation, chaque voie 7j (1 ≤j ≤M) est une combinaison linéaire de certains des accès ou de tous les accès 5ι, 52,..., 5N des antennes ll5 12, ...,1N, effectuée par le module 6, le module 5 étant alors du type à formation de faisceaux par le calcul (FFC). Dans ce cas, les antennes li, 12, ...,1N ne sont pas nécessairement directives et peuvent être omnidirectionnelles.
Le module 5 de formation de voie est agencé pour que les voies 7ι, 72,... . 7M formées correspondent chacune à un diagramme de rayonnement de voie directif au sens défini précédemment. En outre, chaque diagramme de rayonnement de voie comporte au moins un maximum en puissance respectivement dans une direction déterminée 8ι, 82,..., 8M de pointage, différente pour chaque voie 7ι, 72,... , 7M par rapport à la direction 4 de déplacement. Chaque voie 7ι, 72,... , 7M est de plus limitée à un domaine angulaire 9ι, 92,..., 9M d'orientation de trajet électromagnétique par rapport à la direction 4 de déplacement. Les domaines 9ι, 92,..., 9M contiennent respectivement les directions 8ls 8 ,..., 8M de pointage et sont chacun inférieurs à 360°. Les voies 7\, 72 ,... , 7M sont par exemple formées chacune par un lobe principal de rayonnement dont la partie située à moins de 3 dB du maximum en puissance du lobe est délimitée par le domaine angulaire associé 9ι, 92,..., 9M- Chaque voie 7ι, 72 ,... , 7 peut également comporter un domaine angulaire 9ls 92,..., 9M composé de deux portions symétriques par rapport à la direction 4 de déplacement ainsi que représenté à la figure 3 pour chacun des domaines angulaires 92, 93 et 9j, un lobe principal de rayonnement se trouvant dans chaque portion. Par exemple, les domaines angulaires 9ι, 92,..., 9M sont faiblement disjoints, se rejoignent pour couvrir ensemble 360° ainsi que représenté aux figures
3 et 9, ou peuvent se recouvrir légèrement. Le maximum de puissance de chaque domaine angulaire 9\, 9 ,..., 9M peut être constant ou différent d'une direction de pointage de voie à l'autre.
Par exemple, on forme les M voies 7ls 72 ,... , 7M à l'aide de N capteurs, non représentés, reliés aux accès 5 , 52,..., 5N des antennes. Un angle cible 7ι, 72,..., 7M de voie est choisi pour chaque voie 7_, 72 ,... , 7M. Ces angles cible γi, 72,- • -, 7M de voie prennent par exemple les valeurs γ, = (i-l).7r/(M-l), pour 1 ≤i ≤M et γ0 = 0.
Les angles cible peuvent prendre d'autres valeurs mais vérifient
Les capteurs peuvent être sur une droite, par exemple horizontale, ou ne pas être alignés. S'ils sont sur une droite, celle-ci peut être parallèle à la direction
4 de déplacement, ou non.
Le signal V, de la voie 7j pour 1 ≤i ≤M est une combinaison linéaire des signaux Ai présents sur les accès 5ι des antennes pour 1 ≤l ≤N, selon la formule Vj = ∑ι=ιN o.,ι.Aι. où 04,1 = exp(2J7idi,ι/λ), j est l'unité imaginaire pure et la valeur d^ est la différence de marche, prise entre l'une choisie li des antennes et les autres antennes 12, ...,1N, d'une onde plane faisant l'angle cible γ; de voie avec la direction 4 de déplacement.
Le diagramme de rayonnement g\(θ) de chaque voie 7j pour 1 ≤i ≤M, résulte d'une combinaison linéaire du diagramme g\(θ) de rayonnement présent sur les accès 5ι des antennes pour 1 ≤l ≤N, selon la formule gi(0) = l Ei-.." Q4,ι a(0) |
La valeur dy est la différence de marche d'une onde plane dont la direction de propagation fait un angle γ, avec la direction 4 de déplacement. Pour des antennes équidistantes suivant la direction 4 de déplacement, dont l'espacement entre deux antennes consécutives est égal à d et l'antenne l\ est située à l'avant, on a di,ι = cos(7i).d.(l-l), ou i ≤l ≤M. Chaque voie 7ι, 72 ,... , 7M est reliée à un module 10ι, 102,..., 10M de correction de voie. Chaque module 10ι, 102,..., 10M de correction de voie corrige respectivement par un décalage Δfls Δf2,..., ΔfM en fréquence la voie 7ι, 72 .... . 7M sur laquelle il est branché, de telle sorte que le décalage en fréquence de la voie 7_, 72 .... . 7M dû à l'effet Doppler agissant sur le trajet électromagnétique du signal de la ou des antennes li, 12, ...,1N soit diminué. Chaque correction Δfi, Δf2,..., ΔfM en fréquence dépend respectivement de la voie 7ι, 72 ,... , 7M. En réception, les modules 10ι, 102,..., 10M de correction de voie comportent des accès de sortie 17_, 172, ..., 17M de voie corrigés par le décalage Δfi, Δf2,..., Δf en fréquence par rapport aux voies 7\, 7 ,... , 7M non corrigées. De manière inverse, en émission, les modules 101} 10 ,..., 10M de correction de voie comportent des voies 7\, 7 ,... , 7M , qui alimentent en signaux d'émission les antennes li, 12, ...,1N et qui sont corrigées par le décalage Δfi, Δf2,..., ΔfM en fréquence par rapport aux accès d'entrée 17., 172, ..., 17M de voie.
Aux figures 4 et 5, un accès de contrôle l li, 112, ..., 11M, désigné d'une manière générale par le chiffre 11, est prévu sur chaque module 10ls 102,..., 10M de correction de voie pour lui appliquer un signal de décalage Δfi, Δf ,..., Δf en fréquence. Les signaux de correction Δfi, Δf2,..., FM en fréquence sont générés respectivement par des modules 12l5 12 , ..., 12M de commande de correction, analogues à celui représenté en détail à la figure 6 et désignés d'une manière générale par le chiffre 12.
A la figure 6, chaque module 12 de commande de correction comporte :
- une première entrée 13 d'une valeur positive v de la vitesse de déplacement du véhicule 2 suivant la direction 4 de déplacement,
- une deuxième entrée 14 d'une fréquence porteuse f0 du signal utile à émettre ou à recevoir par les antennes 1,
- une troisième entrée 15 d'une valeur angulaire θm\, β^a,..., Θ„M associée de voie et désignée d'une manière générale par θm, et
- une quatrième entrée 16 d'un coefficient multiplicateur.
La valeur v de la vitesse de déplacement du véhicule 2 suivant la direction 4 de déplacement est obtenue par une détermination ou une mesure effectuées en temps réel sur le véhicule 2, par exemple à l'aide du compteur de vitesse présent sur son tableau de bord ou de la connaissance de positionnements successifs du véhicule obtenus par un système GPS, et/ou par un estimateur aveugle et/ou par un signal numérique de pilotes utilisant le signal émis par une source distante du véhicule et le signal reçu par une antenne autre que ou formée par les antennes 1 précitées.
La fréquence porteuse fo est une constante prescrite dans le dispositif de transmission dans le cas où celui-ci comporte une seule porteuse. Dans le cas d'un dispositif comportant plusieurs porteuses, tel que d'un dispositif du type OFDM, la correction Δf en fréquence peut être différente pour chaque porteuse pour une même voie. D'une manière générale, la correction Δf en fréquence peut être à bande étroite et les modules 10 de correction peuvent être prévus en divers étages de la chaîne de réception ou d'émission et être réalisés par des circuits analogiques ou numériques.
La valeur angulaire θm\, ^a,..., #mM de voie dépend de la voie 7ι, 72 ,... , 7 respectivement associée au module 12ls 12 , ..., 12M de commande de correction. La valeur angulaire θm\, θπa,- - -, #mM de voie est rapportée à la direction 4 de déplacement et correspond à une direction comprise dans le domaine angulaire 9ι, 92,..., 9M dé oie.
La valeur angulaire de voie θm]- est égale à l'angle cible de voie γ3 pour 1 ≤j ≤M.
La valeur angulaire θπM de voie est par exemple l'angle de la bissectrice du domaine angulaire 9l5 92,..., 9M par rapport à la direction 4 de déplacement.
En variante, la valeur angulaire 0ml, #„£,..., ΘΠM de voie est l'angle formé par la direction 8ι, 82,..., 8M de pointage et la direction 4 de déplacement.
Dans une autre variante, la valeur angulaire θm\, θπa,..., #mM de voie est l'angle moyen θmj de la voie, défini par où 1 ≤j ≤M et gj(0) représente le diagramme de rayonnement de la voie 7j.
Dans une autre variante, la valeur angulaire θm\, 0m2,..., #m de voie est l'angle moyen θmj de la voie, défini par θmi = arccos( jo27rgj(0) .cos(0). dθ), où 1 ≤j ≤M, arccos désigne la fonction arccosinus et gj(#) représente le diagramme de rayonnement de la voie 7j.
Les signaux de correction Δfi, Δf2,..., ΔfM en fréquence générés respectivement par les modules 12ι, 12 , ..., 12M de commande de correction dépendent des valeurs appliquées sur leurs première, deuxième, troisième et quatrième entrées 13, 14, 15 et 16. La correction fréquentielle Δfi, Δf2,..., M de voie est proportionnelle au cosinus de la valeur angulaire 0ml, 0π_....., Θ„M de voie et à la valeur de la vitesse v de déplacement de la ou des antennes 11} 12, ...,1N suivant la direction 4 de déplacement instantané du véhicule 2. La correction fréquentielle Δf1} Δf2,..., ΔfM de voie est donnée par :
Δfj = -kj.(v/c).fo.cos(0mj), où 1 ≤j ≤M, c est la célérité de la lumière, et kj est un facteur de proportionnalité minimisant le décalage Doppler absolu moyen SDAM ou moment d'ordre 1 du décalage Doppler de la voie 7j, égal a
SDAMj = ( ^+∞ Pj(f). | f | .df) / ( ≈ jφ.df), où pj(f) est le spectre Doppler de la voie 7j, f est la fréquence et | | désigne la valeur absolue. En variante, le facteur de proportionnalité kj peut être calculé comme minimisant le moment d'ordre 2 du décalage Doppler de la voie 7j, égal à SDj,2 = ( \ -0o+0°Pj(f). | f | 2.df ) / ( |-∞ +0°Pj(f).df ), ou comme minimisant conjointement SDAMj et SDj,2.
Le spectre Doppler pj(f) est par exemple calculé au préalable selon la méthode numérique approchée suivante.
Dans une autre variante, le facteur kj de proportionnalité est choisi égal à un, pour toutes les voies 7j, où 1 ≤j ≤M.
Le diagramme gj(0) de rayonnement de chaque voie 7j est partagé en L secteurs angulaires égaux rapportés à la direction 4 de déplacement et allant de 0 à 360°. Pour chaque secteur angulaire h, où 1 ≤h ≤L, l'angle bissecteur vaut ft = 27ih/L + τr/L et le décalage Doppler moyen en fréquence, rapporté à la fréquence Doppler fd= fo.v/c, vaut cos(/3h) lorsque L tend vers l'infini. Dans l'hypothèse où les trajets électromagnétiques arrivent uniformément de toutes les directions, la puissance moyenne reçue par chaque voie 7j ou antenne 1, dans le secteur h vaut gj( 5h)/L lorsque L tend vers l'infini.
Le spectre Doppler pj(f) de la voie 7j est calculé comme étant l'histogramme des valeurs { cos(/?h) }ι ≤ h ≤ L en abscisse avec des effectifs associés { gj(/3h)/L }ι ≤h ≤L, î ≤j ≤M-
Le spectre Doppler Pj.or(f) de la voie 7j corrigée par le décalage en fréquence Δfj sur les accès 17ι, 172, ..., 17M de voie est calculé comme étant l'histogramme des valeurs { cos( -h) - Δζ }ι ≤h ≤L, I ≤j ≤M en abscisse avec des effectifs associés { gj(0h)/L } i ≤h ≤L, I ≤j ≤M-
Le spectre Doppler global des voies corrigées ou non corrigées est égal à la somme des spectres Doppler individuels PjCOr(f) ou pj(f) de celles-ci.
En réception, les voies corrigées sur les accès 17ι, 172, • • •, 1 M sont ensuite recombinées en un signal de réception corrigé sur l'accès 18 servant alors de sortie. La recombinaison des accès 17ι, 172, .... 17M est effectuée par exemple par un module additionneur 19 recevant sur ses entrées les accès 17ls 172, • • -, 7M à la figure 4. Ou la recombinaison des accès 17ι, 172, • • •, 17M est effectuée par exemple par un additionneur 20 recevant sur ses entrées les accès 17ι, 172, • • -, 17M déphasés individuellement par des déphaseurs ou correcteurs de phase 21l5 212, ..., 21M à la figure 5, dans le cas d'une combinaison à diversité d'antennes, par exemple, pour une combinaison à gain identique (Equal Gain Combining, EGC). Ou la recombinaison des accès 17ι, 172, ..., 17M est effectuée par exemple par un additionneur 20 recevant sur ses entrées les accès 17ι, 172, ..., 17M déphasés individuellement par des correcteurs de phase et d'amplitude 211} 212, ..., 21M à la figure 5, dans le cas d'une combinaison à diversité d'antennes, par exemple, pour une combinaison à rapport maximal (MRC, Maximum Ratio Combining). Dans le cas d'une combinaison avec diversité, la recombinaison peut également être effectuée par sous-bandes de fréquence, c'est-à-dire dans le cas d'une transmission du type OFDM, porteuse par porteuse.
En émission, le module 19 décompose le signal à émettre par les antennes li, 12, ...,1N, qui est présent sur l'accès 18 servant alors d'entrée, en lesdits accès 17ι, 172, ..., 17M, éventuellement avec un déphasage provoqué par les déphaseurs ou correcteurs de phase 21ls 21 , ..., 21 -
Le dispositif de transmission est décrit ci-dessous en référence à l'exemple de la figure 7, montrant trois antennes li, 12, 13 omnidirectionnelles fixées au véhicule 2, alignées rectilignement suivant la direction 4 de déplacement et espacées l'une de l'autre d'une distance d égale au tiers de la longueur d'onde λ, pour le cas où N = M = 3.
A la figure 8, les antennes li, 1 , 13 sont reliées respectivement aux accès 5ι, 5 , 53 du module 6 de formation des voies 7ι, 72, 73 par l'intermédiaire de démodulateurs OFDM numérotés 22ι, 22 , 223.
Les signaux Vi, V2, V3 des voies 7ι, 72, 73 sont les suivants :
Vι = Aι + eiΦ.A2 + e)'2φ.A3
V2 = Aι + A2 + A3 V3 = A1 + e-jφ.A2 + e2jφ.A3
Où Ai, A2, A3 sont les signaux des accès 5ι, 52, 53
Les diagrammes de rayonnement des signaux Vi, V2, V3 sont représentés à la figure 9, Vi étant le signal de la voie en avant dans le domaine angulaire 9ι, pour lequel 0mι = 0, V2 étant le signal de la voie vers les côtés dans le domaine angulaire 92, pour lequel β^a - ττ/2 et V3 étant le signal de la voie en arrière dans le domaine angulaire 93 pour lequel 0m3 = par rapport à la direction 4 de déplacement.
La voie avant Vi reçoit une correction en fréquence Δf = -k.fd des modules 10ι, 12l5 la voie des côtés V2 reçoit une correction en fréquence nulle des modules 102, 122, et la voie arrière V3 reçoit une correction en fréquence Δf = + k.fd des modules 103, 123.
Le coefficient k est pris égal à 0,85 afin de minimiser le décalage Doppler absolu moyen SDAM, qui vaut après recombinaison 0,26. fd.
Les voies corrigées 17ι, 172, 173 sont recombinées par un système MRC 23 pour obtenir le signal 18 de réception corrigé.
L'exemple des figures 8 à 10 vaut également dans le cas de trois antennes occupant la même position sur le véhicule mais mais ayant des directivités vers l'avant, vers les côtés et vers l'arrière selon les diagrammes de rayonnement des signaux Vi, V2, V3 de la figure 9.
La figure 10 montre en traits mixtes le spectre Doppler classique, dit de type Jakes, d'une antenne omnidirectionnelle en l'absence de correction, donné par l'équation
Hd(δf) = B . [ l-(δf/fd)2 r1/2 où δf est le décalage Doppler en abscisse, B est une constante et la fréquence Doppler normalisée est égale à δf/f .
Le spectre Doppler du signal 18 de réception corrigé selon la figure 8 est représenté en traits pleins à la figure 10. On voit que le spectre Doppler du signal corrigé est beaucoup plus concentré autour de l'axe vertical δf =0 de décalage Doppler nul que ne l'est le spectre classique non corrigé et passe par des valeurs nulles, quasiment nulles et en tout cas très limitées en δf = ±fd par rapport au spectre classique, qui est infini en ces points, ce qui signifie que la puissance du signal corrigé subit un étalement en fréquence plus faible que dans le cas classique. Ainsi, dans ce mode de réalisation, le signal corrigé est à bande beaucoup plus étroite après avoir subi l'effet Doppler que ne l'est le signal non corrigé du spectre classique. Par conséquent, ce mode de réalisation du dispositif de transmission donne la possibilité d'appliquer une excursion en fréquence beaucoup plus importante au signal utile et permet de réduire les chevauchements de spectre entre porteuses. En outre, l'étalement spectral du signal dû à l'effet Doppler est réduit dans le signal corrigé. Le décalage Doppler absolu moyen SDAM du spectre classique Hd(f) est égal à 0,64.fd. Par conséquent, le décalage Doppler absolu moyen est réduit de plus de 59 % dans ce mode de réalisation. Il s'ensuit la possibilité dans ce mode de réalisation de plus que doubler la vitesse de déplacement maximale, si l'étalement en fréquence dû à l'effet Doppler est le facteur limitant de la transmission dans ce mode de réalisation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de transmission destiné à être fixé sur un véhicule automobile ayant une direction prescrite (4) de déplacement instantané, le dispositif comportant au moins une antenne (lj) apte à émettre ou recevoir un signal ayant au moins un trajet électromagnétique de propagation dans l'espace et un moyen (6) de formation de voie relié à ladite antenne (1;), caractérisé en ce que le moyen (6) de formation de voie et ladite antenne (1 sont tels qu'il est fonné au moins une voie (7j) correspondant à l'émission ou la réception du signal, limitée à au moins un domaine angulaire associé (9j) d'orientation de trajet électromagnétique du signal, la voie (7j) est reliée à un moyen (10j) pour appliquer une correction fréquentielle (Δfj) à la voie (7j), la conection fréquentielle (Δfj) étant commandée par des moyens (12j) de commande de correction et dépendant d'une valeur de la vitesse (v) de déplacement du véhicule automobile suivant la direction (4) de déplacement instantané et d'une valeur angulaire (0mj) prescrite pour ladite voie (7j), rapportée à la direction (4) de déplacement instantané et comprise dans le domaine angulaire (9j) de voie associé, de manière à diminuer le décalage fréquentiel de la voie (7j), dû à l'effet Doppler agissant sur le trajet électromagnétique du signal.
2. Dispositif de transmission suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur angulaire (0mj) prescrite de voie est l'angle de la bissectrice du domaine angulaire (9j) de voie associé par rapport à la direction (4) de déplacement instantané.
3. Dispositif de transmission suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur angulaire (0mj) prescrite de voie est l'angle formé par une direction (8j) de pointage de la voie (7j), correspondant à un maximum de son diagramme (gj(0)) de rayonnement et la direction (4) de déplacement.
4. Dispositif de transmission suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur angulaire (0mj) prescrite de voie est l'angle moyen 0mj de la voie (7j), défini par mj = jo2,rgj(0) . | 0 | . d0 , où gj(0) représente le diagramme de rayonnement de la voie (7j).
5. Dispositif de transmission suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur angulaire (0mj) prescrite de voie est l'angle moyen 0mj de la voie (7j), défini par
0mj = arccos ( jo2?r j(0) • cos(0) . d0), où arccos désigne la fonction arccosinus et gj(0) représente le diagramme de rayonnement de la voie (7j).
6. Dispositif de transmission suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la correction fréquentielle (Δfj) de voie est proportionnelle au cosinus de la valeur angulaire (0mj) de voie et à la valeur (v) de la vitesse de déplacement du véhicule automobile suivant la direction (4) de déplacement instantané.
7. Dispositif de transmission suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la correction fréquentielle Δfj de voie est donnée par :
Δfj = -kj.(v/c).fo.cos(0mj), où 0mj est la valeur angulaire de voie, v est la valeur de la vitesse de déplacement du véhicule automobile suivant la direction (4) de déplacement instantané, c est la célérité de la lumière, fo est la fréquence de la porteuse du signal d'antenne, et kj est un facteur de proportionnalité minimisant le décalage Doppler absolu moyen SDAMj égal à
SDAMj = ( ∞ +00 Pj(f). | f| .df) / ( i∞ +∞pj(f).âf), où pj(f) est le spectre Doppler de la voie (7j).
8. Dispositif de transmission suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la correction fréquentielle Δfj de voie est donnée par :
Δζ = -kj.(v/c).fo.cos(0mj), où 0mj est la valeur angulaire de voie, v est la valeur de la vitesse de déplacement du véhicule automobile suivant la direction (4) de déplacement instantané, c est la célérité de la lumière, fo est la fréquence de la porteuse du signal d'antenne, et kj est un facteur de proportionnalité minimisant le moment SDj,2 d'ordre 2 du décalage Doppler de la voie (7j), égal à
SDjj2 ≈ ( o+0°pj(f). | f | 2.df ) / ( c+rapj(f).df ), où pj(f) est le spectre Doppler de la voie (7j).
9. Dispositif de transmission suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la correction fréquentielle Δfj de voie est donnée par :
Δfj = -(v/c).fo.cos(0mj), où 0mj est la valeur angulaire de voie, v est la valeur de la vitesse de déplacement du véhicule automobile suivant la direction (4) de déplacement instantané, c est la célérité de la lumière, fo est la fréquence de la porteuse du signal d'antenne.
10. Dispositif de transmission suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un domaine angulaire (9j) de voie comprend la direction (4) de déplacement instantané.
11. Dispositif de transmission suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un domaine angulaire (9ι) de voie comprend la direction (4) de déplacement instantané dans un sens et un autre domaine angulaire (93) de voie comprend la direction (4) de déplacement instantané dans le sens opposé.
12. Dispositif de transmission suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la voie (7j) est symétrique par rapport à la direction (4) de déplacement instantané.
13. Dispositif de transmission suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen (6) de formation de voie et ladite antenne (lls 12, ...,1N) sont tels qu'il est formé au moins deux voies (7ι, 72 ,... , 7M) correspondant à l'émission ou la réception du signal, limitée à au moins deux domaines angulaires (9ι, 92,..., 9M) associés différents d'orientation de trajet électromagnétique du signal, inférieurs à 360°, et les moyens (10ι, 102,..., 10M) de correction fréquentielle des voies sont reliés à des moyens (19 ; 20, 21) de combinaison des voies corrigées (17ι, 172, ..., 17M) pour fournir en sortie un signal (18) de réception corrigé en fréquence ou les moyens (10ι, 102,..., 10M) de correction fréquentielle des voies sont reliés à des moyens (19 ; 20, 21) de décombinaison d'un signal (18) en entrée à émettre pour former des accès (17) à corriger en fréquence par les moyens (10j) de correction fréquentielle pour former lesdites voies (7ι, 7 ,... , 7M) corrigées, qui alimentent en signaux d'émission ladite antenne (li, 12, .. ,,lκ) par l'intermédiaire du moyen (6) de formation de voie.
14. Dispositif de transmission suivant la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens (19 ; 20, 21) de combinaison ou les moyens (19 ; 20, 21) de décombinaison comportent des moyens (211, 21 , ..., 21M) de déphasage de voie et/ou des moyens (211, 212, ..., 21M) de correction d'amplitude de voie.
15. Dispositif de transmission suivant la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens (19 ; 20, 21) de combinaison ou les moyens (19 ; 20, 21) de décombinaison sont exempts de moyens (211, 212, ..., 21M) de déphasage de voie et de moyens (211, 212, ..., 21M) de correction d'amplitude de voie.
16. Dispositif de transmission suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte pour chaque voie (7ι, 72 7M) une antenne directive (L, 12, . ..,1N) et une liaison sans déphasage à l'antenne directive en tant que moyen (6) de formation de voie.
17. Dispositif de transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de N antennes (li, 12, ...,1N) espacées les unes des autres au moins le long de la direction (4) de déplacement instantané, le moyen (6) de formation de voie étant relié à la pluralité d'antennes (lls 1 , .. .,1N) et formant des signaux Vj de M voies (7_, 72 ,... , 7M) pour l ≤i ≤M dans le domaine angulaire (9ι, 92,..., 9M) de voie associé par combinaison linéaire des signaux Ai d'antennes, pour 1 ≤l ≤N, selon la formule Vj = ∑ι=1 N 05,1 Ai , où 04,1 = exp(2J7rdi,ι IX), j est l'unité imaginaire pure, λ est la longueur d'onde et la valeur d;,ι est la différence de marche, prise entre l'une choisie (li) des antennes et les autres antennes (12, ...,1N), d'une onde plane faisant un angle cible γ; de voie égal à la valeur angulaire 0mj prescrite de la voie i avec la direction (4) de déplacement.
18. Dispositif de transmission suivant la revendication 17, caractérisé en ce que les antennes (h, I2, ...,1N) sont équidistantes et alignées parallèlement à la direction (4) de déplacement.
19. Dispositif de transmission suivant l'une quelconque des revendications 17 et 18, caractérisé en ce que les antennes (li, I2, ...,1N) sont omnidirectionnelles.
20. Dispositif de transmission suivant les revendications 18 et 19, caractérisé en ce que trois antennes (li, I2, 13) omnidirectionnelles séparées de λ 3 sont prévues, le moyen (6) de formation de voies formant à partir des trois antennes (11, 12, 13) trois voies (7ι, 7 , 73), dont les signaux Vi, V2 , V3 sont donnés par
V2 = Ai + A2 + A3
V3 = Aι + e-jφ.A2 + e-2jφ.A3 où Ai, A2, A3 sont les signaux des antennes (li, I2, 13) et Φ = 2^/3.
21. Dispositif de transmission suivant la revendication 20, caractérisé en ce que les trois voies (7ι, 7 , 73) ayant respectivement les signaux Vi, V2, V3 reçoivent du moyen (10ι, 102, IO3) d'application de correction respectivement des corrections en fréquence de voie de -k.fd, 0 et + k.fd d, où fd=(v/c).f0 v est la valeur de la vitesse de déplacement du véhicule automobile suivant la direction (4) de déplacement instantané, c est la célérité de la lumière, fo est la fréquence de la porteuse du signal d'antenne, et k est un facteur de proportionnalité égal à 0,85.
22. Dispositif de transmission suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un nombre M de voies (7., 72 ,... , 7M), supérieur ou égal à 2, sont formées par le moyen (6) de formation de voie, et la valeur angulaire 0mj prescrite de voie, rapportée à la direction (4) de déplacement instantané, est un angle cible 7 de voie prenant les valeurs 7 = (i-l).7r/(M-l) pour 1 ≤i ≤M et 70 = 0.
23. Dispositif de transmission suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de détermination de la valeur instantanée de la vitesse (v) de déplacement du véhicule automobile suivant la direction (4) de déplacement instantané.
24. Procédé de transmission sur un véhicule automobile ayant une direction prescrite (4) de déplacement instantané et sur lequel est fixé au moins une antenne (1;) apte à émettre ou recevoir un signal ayant au moins un trajet électromagnétique de propagation dans l'espace, dans lequel on forme au moins une voie (7j) à partir de ou pour ladite antenne (lj), caractérisé en ce que ladite voie (7j) formée correspond à l'émission ou la réception du signal, limitée à au moins un domaine angulaire (9j) associé d'orientation de trajet électromagnétique du signal, on calcule pour ladite voie (7j) une correction fréquentielle (Δfj) de voie dépendant de la valeur de la vitesse (v) de déplacement du véhicule automobile suivant la direction (4) de déplacement instantané et d'une valeur angulaire (0mj) prescrite pour ladite voie (7j), rapportée à la direction (4) de déplacement instantané et comprise dans le domaine angulaire (9j) de voie associé, et on applique à ladite voie (7j) la correction fréquentielle (Δfj), de manière à diminuer le décalage frequentiel de ladite voie (7j), dû à l'effet Doppler agissant sur le trajet électromagnétique du signal.
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