FR2461411A1

FR2461411A1 - Systeme de transmission de donnees utilisant les principes d'etalement du spectre

Info

Publication number: FR2461411A1
Application number: FR7918259A
Authority: FR
Inventors: Roger Alexis
Original assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Current assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Priority date: 1979-07-13
Filing date: 1979-07-13
Publication date: 1981-01-30
Also published as: JPS5616343A; DE3025902C2; DE3025902A1; GB2054327A; GB2054327B; FR2461411B1; US4346475A; JPH0157853B2

Abstract

SELON L'INVENTION, ON PROPOSE D'UTILISER LES MOTS DU CODE D COMME MOT D'ETALEMENT DU SPECTRE. LA FONCTION D'AUTOCORRELATION DE TELS MOTS PRESENTE DES VALEURS NULLES POUR TOUS DECALAGES TEMPORELS PAIRS AUTRES QUE LE DECALAGE NUL OU LA FONCTION D'AUTOCORRELATION PREND SA VALEUR MAXIMALE OU MINIMALE. DE PLUS, ON PROFITE DES LOBES SECONDAIRES DE CETTE FONCTION D'AUTOCORRELATION POUR EFFECTUER, DU COTE RECEPTION LA SYNCHRONISATION D'UNE HORLOGE A LA CADENCE DES ELEMENTS BINAIRES CONSTITUANT LES MOTS DE CODE D'ETALEMENT. APPLICATION: LUTTE CONTRE LES BROUILLAGES RADIO-ELECTRIQUES.

Description

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L'invention concerne un système de transmission de données utilisant les principes d'étalement du spectre, système formé, d'une part, d'une partie émission comportant une borne

pour recevoir des données à deux niveaux à transmettre, un dispo-

sitif de correspondance pour faire correspondre au premier niveau un mot de code d'étalement pris parmi les mots de code D et au deuxième niveau le mot inverse et un circuit d'émission pour transmettre, sur une voie de transmission, les signaux de sortie

du dispositif de correspondance et, d'autre part, d'une partie ré-

ception comportant un circuit récepteur pour capter les signaux de la voie de transmission et pour restituer, après transmission, les signaux de sortie du dispositif de correspondance, un circuit de corrélation pour faire la corrélation entre les signaux restitués et ledit mot de code, muni d'une entrée pour signaux de décalage élaborés au moyen d'un circuit oscillateur et une borne de sortie

pour fournir à l'utilisation les données transmises.

Ces systèmes de transmission utilisant les principes

d'étalement du spectre sont surtout appliqués lorsqu'on veut lut-

ter contre les brouillages. Ces systèmes ainsi que leurs applica-

tions sont décrits notamment dans les publications suivantes - l'ouvrage de R.C. DIXON intitulé: "Spread Spectrum Systems paru dans la collection: A WILEY-INTERSCIENCE PUBLICATION,

édité par JOHN WILEY AND SONS (NEW YORK....).

- l'article de W.F. UTLAUT intitulé: "Principes des techniques

d'étalement du spectre - possibilités d'application dans l'u-

tilisation et l'attribution des fréquences radio électriques" paru dans la revue: "LE JOURNAL DES TELECOMMUNICATIONS", vol.

- 1/1978.

Selon ces systèmes, pour transmettre une donnée c'est-

à-dire un élément binaire ayant une certaine durée, on transmet

une pluralité d'éléments binaires de durée plus courte. Cette plu-

ralité correspond soit au mot de code d'étalement pour une valeur

de la donnée soit au mot inverse pour l'autre valeur de la donnée.

Le choix de ce mot d'étalement est primordial. Il faut qu'il pré-

sente de bonnes propriétés d'autocorrélation, c'est-à-dire gue la

corrélation de ce mot avec lui-même passe par un maximum ou/mini-

mum net pour un décalage temporel nul par rapport aux autres déca-

lages.

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Dans le brevet français ne 2 363 268, on décrit un système dans lequel deux mots d'étalement sont utilisés: ces deux mots sont pris parmi les mots complémentaires du code D. Ces codes D sont définis notamment dans les articles suivants: "Quaternary codes for pulsed radar" de George R. WELTI paru dans

IRE TRANSACTIONS ON INFORMATION THEORY, en Juin 1960, et "Com-

plementary series" de Marcel J.E. GOLAY paru dans IRE TRANSAC-

TIONS ON INFORMATION THEORY, en Avril 1961. En combinant ces mots complémentaires, on obtient une fonction d'autocorrélation satisfaisante puisque celle-ci prend une valeur nulle pour tous décalages temporels autres que zéro. Néanmoins, ce système décrit

présente l'inconvénient qu'il faut prévoir deux voies de trans-

mission pour transmettre chacun de ces deux mots de code, de

sorte que cela implique des matériels supplémentaires.

La présente invention, bien qu'utilisant les mots de code D, fait appel à d'autres propriétés que la complémentarité des mots de code D et n'implique pas la présence de matériels supplémentaires. En effet, un système de transmission du genre cité dans le préambule est remarquable en ce qu'entre la sortie du

circuit de corrélation et la borne de sortie de la partie récep-

tion, on a prévu un circuit-porte commandé à partir des signaux fournis par le circuit oscillateur pour être à l'état passant pour tout décalage égal à un nombre de fois pair de la durée

d'un élément binaire constituant le mot de code d'étalement.

Ainsi, selon l'invention, on profite du fait que la

fonction d'autocorrélation des mots de code D présente des va-

leurs nulles pour tous décalages temporels pairs autres que le décalage nul o la fonction d'autocorrélation prend sa valeur

maximale ou minimale.

Dans ces systèmes, il est important au niveau de la partie réception d'obtenir pour le circuit -de corrélation des

signaux de décalage synchronisés à la cadence des éléments bi-

naires constituant les mots de code d'étalement. Une caractéris-

tique importante de l'invention permet d'obtenir cette synchro-

nisation. Un système de transmission conforme à l'invention est

remarquable en ce que les signaux appliqués à l'entrée pour si-

gnaux de décalage sont à une fréquence double de la fréquence

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d'apparition des éléments binaires constituant les mots de code d'étalement, en ce que le circuit de corrélation comporte un premier circuit d'intégration pour intégrer à ladite fréquence double les signaux appliqués à son entrée, comporte aussi un registre à décalage pour signaux analogiques dont l'entrée est connectée à la sortie du premier circuit d'intégration et à la sortie duquel apparaissent des couples d'échantillons corrélés et en ce qu'il est prévu des premiers moyens pour donner à tous ces couples la même polarité, des deuxièmes moyens faisant suite

aux premiers pour changer la polarité des premiers ou des se-

conds échantillons des couples et un moyen d'intégration con-

necté en sortie des deuxièmes moyens pour fournir un signal de

correction pour le circuit oscillateur.

La description suivante faite en regard des dessins

annexés fera bien comprendre comment l'invention peut être réa-

lisée, le tout étant donné à titre d'exemple.

La figure 1 représente un système conforme à l'in-

vention.

La figure 2 montre le fonctionnement de la partie ré-

ception o l'horloge locale est synchronisée à la cadence d'ap-

parition des éléments binaires du mot d'étalement.

La figure 3 montre le fonctionnement de la partie réception o l'horloge locale est en avance sur l'apparition

des éléments binaires du mot d'étalement.

La figure 4 montre le fonctionnement de la partie réception o l'horloge locale est en retard sur l'apparition des

éléments binaires du mot d'étalement.

On définit ici les mots de code D par la propriété qui est utilisée dans la présente invention, c'est-à-dire que tout mot dont la fonction d'autocorrélation apériodique est nulle pour des décalages pairs non nuls convient pour le système de transmission de l'invention. Pour obtenir de tels mots, on pourra se rapporter à l'article de G. WELTI déjà cité. Les mots se forment par familles. Une famille d'ordre k est formée de i k k k mots Di (avec 1 i z 2) de longueur 2

Le moyen le plus simple de former ces mots est d'uti-

liser une méthode par induction. Les 2 mots Dk sont rangés sui-

i vant un tableau, formant une matrice carrée, partitionnée en deux parties égales A et B: IL (RI) Dk Ak kB i, x A partir de cette famille, on obtient une famille d'ordre k + 1 par la relation: k ' k k kD. A. B (R2) D. + 1 i Ii i DiI k - k Dï Ai Bi Le signe - signifiant que dans la matrice corres- pondante on a remplacé 1 par -1 et -1 par 1. Pour commencer, on part de: (R3) Di La propriété essentielle de ces mots est que leur

fonction d'autocorrélation apériodique est nulle pour les déca-

lages pairs non nuls.

Chaque mot peut être dédoublé en deux mots de lon-

gueur moitié en séparant les éléments de rang impair et ceux de

rang pair. Ce sont alors les "séquences complémentaires" dé-

crites dans l'article de J.E. GOLAY déjà cité.

Il est possible, à partir d'une paire de séquences complémentaires, d'en former d'autres par application de l'un des six procédés suivants: a) Interchanger les deux séquences, b) Renverser l'ordre de la première séquence, c) Renverser l'ordre de la deuxième séquence, d) Altérer la première séquence (c'est-à-dire remplacer 1 par -1 et -1 par 1), e) Altérer la deuxième séquence,

f) Altérer les éléments de rang pair de chaque séquence.

Pour former une famille D. on part de la relation i (R3) dans laquelle: 28 Ai = I1llet Bi -1

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et par application de la relation (R2):

1 -1 1 -1

2 1

D2 = 1 1 -1 1

Di 1 -1 -1 -1 A partir de cette famille, on peut en obtenir une seconde en utilisant, par exemple, les procédés cités en d) et e):

-1-1-1 1

2' -1 - -

D. = 1-1 1 -1

i -1 1 i i Pour des familles à huit éléments binaires, on donne, toujours A titre d'exemple:

1 1 1 -1 1 1 -1 1

1 -1 1 I I i -1 -1 -1 1 1 -1 1 1 i 1-1 1 -i -i -1 I 1-1 1 1 1 -1 i 1 I -1 I1 1 i-1i- -1 -1 - 1 1 -1 -1 Dans la suite du présent mémoire, on utilisera le

mot D3 c'est-A-dire: 1, -1, I, - 1, 1, 1.

Le système de transmission montré à la figure 1 com-

porte une partie émission 1 et une partie réception 2. Les don-

nées que l'on veut transmettre se présentent A la borne 5, sous

la forme d'une suite d'éléments binaires. Un organe de multipli-

cation dont une entrée est reliée A la borne 5 et dont l'autre est reliée A la sortie d'un générateur de mot de code D portant

la référence 7. Ce mot de code D est le mot précédemment défini.

Cet organe 6 effectue la fonction suivante: lorsque la donnée A transmettre est: +1, A sa sortie on a la suite: 1, -1, 1, 1, -1, 1, 1, 1. Lorsque la donnée A transmettre est: -1, on a la suite:

-1, +1, -1, -1, +1, -1, -1, -1. La largeur du spectre des don-

nées A transmettre a donc été multipliée par huit. Pour trans-

mettre ces suites par voie radioélectrique, on utilise un modu-

lateur haute fréquence 8, piloté par un générateur de porteuse

haute fréquence 9 et une antenne 10.

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Pour recevoir l'onde émise par l'antenne, on a prévu au niveau de la partie réception 2, une antenne 20. Après une démodulation effectuée par un démodulateur 21 alimenté par un générateur 22 de porteuse reconstituée, on obtient à la sortie 23 du démodulateur 21 une réplique des signaux de sortie de l'or- gane de multiplication 6, dégradée par le bruit. La sortie 23 est

reliée à l'entrée d'un corrélateur 24 dont la sortie 26 est re-

liée à la borne de sortie 28. Le corrélateur 24 est muni d'une entrée 30 pour signaux de décalage, c'est-à-dire des signaux qui fixent le rythme de décalage à l'intérieur du corrélateur 24. Ces

signaux proviennent d'un circuit oscillateur 32 constitué à par-

tir d'un oscillateur à commande par tension. Ces signaux ont une période égale à la durée T, égale à la durée d'un élément binaire constituant le mot de code. Ce mot de code est contenu dans un

registre 34 faisant partie du corrélateur 24.

Conformément à l'invention, le système de transmis-

sion est remarquable en ce qu'entre la sortie 26 du circuit de corrélation 24 et la borne de sortie 28 de la partie réception 2,

on a prévu un circuit-porte 35 commandé à partir des signaux four-

nis par le circuit oscillateur 32 pour être à l'état passant pour tout décalage égal à un nombre de fois pair de la durée T d'un élément binaire constituant le mot de code d'étalement; ceci est obtenu au moyen d'un diviseur par deux 37 inséré entre la sortie

de l'oscillateur 32 et l'entrée de commande du circuit-porte 35.

Ce diviseur 37 est muni d'une commande d'initialisation 38 con-

nectée à la sortie d'un détecteur de seuil positif ou négatif 40 dont l'entrée est connectée à la borne de sortie 28, de sorte que

dès qu'un maximum ou un minimum du signal de sortie du corréla-

teur 24 est détecté, le circuit diviseur commence à compter. Un circuit monostable 42 fournît une impulsion de durée T dès que

le détecteur 40 fournit son signal. Le signal de sortie du cir-

cuit 42 est appliqué à la commande d'un deuxième circuit-porte 44

pour rendre celui-ci à l'état non passant. Un circuit de redres-

sement 46 élève au carré la tension disponible à la sortie du

circuit-porte 44. Un circuit limiteur de tension 48 limite l'am-

plitude du signal fourni par le circuit 46. Il est suivi d'un

organe de multiplication 50 dont une entrée est reliée à la sor-

tie du circuit-limiteur 48 et dont l'autre est reliée à la

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sortie d'un organe de déphasage 52 amenant un retard égal à T/2.

La sortie de l'organe de multiplication 50 est reliée à la com-

mande de fréquence de l'oscillateur 32 par l'intermédiaire d'un

réseau d'intégration 54.

Le corrélateur 24 comporte un circuit intégrateur 60 qui interconnecte la sortie 23 du démodulateur 21 avec l'entrée

d'un registre à décalage 62 à quinze positions pour signaux ana-

logiques. Le circuit intégrateur 60 est commandé par des signaux issus d'un multiplicateur de fréquence par deux 64 dont l'entrée

est reliée à la sortie de l'oscillateur 32. Ce circuit intégra-

teur fournit un signal représentant l'intégrale du signal fourni

par le démodulateur 21, prise pendant des durées T/2 successives.

Ce circuit intégrateur 60 est représenté comme étant formé par deux éléments d'intégration 66 et 68 qui sont alimentés tour à tour au moyen d'un commutateur 70 par les signaux de sortie du démodulateur 21 et dont les signaux de sortie sont considérés

tour à tour au moyen d'un autre commutateur 72 commandé en syn-

chronisme avec le premier. Il est bien évident pour l'homme de

l'art que le circuit intégrateur 60 et la ligne à retard 62 peu-

vent être constitués par un dispositif à capacités couplées (CCD). Pour la corrélation, seules les positions impaires sont

concernées: huit multiplicateurs MI...... M8 effectuent la mul-

tiplication des éléments binaires contenus dans les positions impaires du registre 14 avec les éléments du mot de code D. Un amplificateur sommateur 75 fournit sur la sortie 26 le résultat de la corrélation. Si l'on désire changer le mot de code, il est possible de réaliser tout le circuit à l'aide d'un corrélateur à

C.C.D. (type R 5401 de RETICON par exemple).

Le fonctionnement d'un tel système est expliqué main-

tenant à l'aide des figures 2, 3 et 4. On s'est placé, à titre d'exemple, dans le cas o l'information à transmettre est formée des éléments binaires "ebA", "ebB", "ebC", "ebD" dont la valeur est respectivement +1, -1, -1, +1. Lorsque cette séquence est "modulée" par le mot de code D choisi, on obtient à la sortie de

l'organe de multiplication 61 une suite de signaux que l'on re-

trouve à la sortie du démodulateur 23. Cette suite est repré-

sentée à la ligne portant la référence (23) sur les figures 2, 3 et 4. On ne tient pas compte, pour simplifier l'explication du

fonctionnement du système de l'invention, du bruit apporté notam-

ment lors de la transmission entre les antennes 5 et 10. Sur les figures 2, 3 et 4, on a seulement représenté par des flèches à la ligne portant la référence (64) les fronts actifs du signal de sortie du circuit 64. Le tableau représente comment se remplit

le registre à décalage. La dernière ligne du tableau donne la va-

leur numérique du signal à la sortie 26 du corrélateur 24. La ré-

férence (26) indique la ligne à laquelle est représentée l'allure

du signal à la sortie 26 du corrélateur 24. La référence (52) in-

dique la ligne à laquelle est représentée l'allure du signal à la sortie de l'organe de déphasage 52 et la référence (50) la ligne représentant le signal à la sortie de l'organe de multiplication 50.

La figure 2 représente le cas o il y a synchronisme.

A la sortie 26, les lobes en pointillé Li, L2 et L3 représentent

soit le maximum soit le minimum de la fonction d'autocorrélation.

Le signal à la sortie 26 présente aussi des lobes secondaires, soit LS1, LS2, L53 et LS4 pour les lobes situés entre les lobes

principaux LI et L2. Si, aux lobes principaux, on affecte un déca-

lage nul, on constate que les lobes secondaires n'apparaissent que dans les décalages impairs lT, 3T, 5T et 7T et que dans les décalages pairs 2T, 4T, 6T, la fonction est nulle (si on ne tient pas compte du bruit). Le circuit-porte 35 est rendu passant pour

les décalages OT, 2T, 4T, 6T, de sorte que la fonction d'auto-

corrélation examinée à la borne 28 présentera, si on tient compte alors du bruit, un bon contraste. Le détecteur de seuil détecte le début des lobes principaux et au moyen du monostable 42 met le circuit-porte 44 à l'état non passant. Les lobes principaux ne sont pas alors considérés par les circuits qui font suite à cette porte 44. Le circuit 46 donne la mêmepolarité aux lobes

secondaires. Le circuit 48 limite la dynamique des signaux. L'or-

gane de multiplication 50 permet de partager ces lobes. Chaque lobe est formé, comme on peut s'en rendre compte, par le résultat

-de deux corrélations qui sont effectuées pendant des durées éga-

les à T/2. Ces deux corrélations sont dissociées par l'organe de

multiplication 50, la première est multipliée par +1 et la deu-

xième par -1, ces signaux de valeur +1 et -1 étant fournis par

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le déphaseur 52. On voit que sur la ligne 2' à la ligne (50), en

cas de synchronisme, la partie positive est égale à la partie né-

gative, de sorte qu'à la sortie du réseau d'intégration 54, le signal est nul et la fréquence de l'oscillateur 32 n'a pas besoin d'être corrigée.

A-la figure 3, on a représenté le cas o l'horloge lo-

cale est en avance d'un temps égal à 1/8T. Par suite de cette avance, la fonction d'autocorrélation se dégrade, on n'obtient

plus de niveau constant entre chaque durée T/2. Les lobes princi-

paux et secondaires présentent deux niveaux pour chaque partie de

durée T/2. Les parties hachurées représentent les valeurs trou-

vées lors du synchronisme. Cette inégalité est mise en évidence

par l'organe de multiplication 50. Les parties de polarité posi-

tive l'emportent en amplitude sur les parties de polarité néga-

tive de sorte que l'on obtient à la sortie du réseau 54 une ten-

sion positive; cette tension sert à corriger la fréquence de l'os-

cillateur 32.

A la figure 4, on a représenté le cas o l'horloge lo-

cale est en retard d'un temps égal à 1/8T. Là aussi, on constate

que les lobes se détériorent; ici également, les parties hachu-

rées représentent les valeurs trouvées lors du synchronisme. La

ligne (50) à la figure 4, représente l'allure du signal à la sor-

tie de l'organe de multiplication 50. Là, la partie négative l'emporte sur la partie positive, une tension de polarité opposée à celle présente dans le cas précédent va corriger la fréquence de l'oscillateur 32. Il est intéressant de noter que l'allure du signal à la sortie de l'organe 50 peut être modifiée quelque peu

en agissant sur la valeur de seuil du détecteur 40.

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Claims

REVENDICATIONS:

l. Système de transmission de données utilisant les prin-

cipes d'étalement du spectre, système formé, d'une part, d'une partie émission comportant une borne pour recevoir des données à deux niveaux à transmettre, un dispositif de correspondance pour faire correspondre au premier niveau un mot de code d'étalement

pris parmi les mots de code D et au deuxième niveau le mot in-

verse et un circuit d'émission pour transmettre sur une voie de

transmission, les signaux de sortie du dispositif de correspon-

dance et, d'autre part, d'une partie réception comportant un cir-

cuit récepteur pour capter les signaux de la voie de transmission

et pour restituer les signaux de sortie du dispositif de corres-

pondance, un circuit de corrélation pour faire la corrélation

entre les signaux restitués et ledit mot de code muni d'une en-

trée pour signaux de décalage élaborés au moyen d'un circuit os-

cillateur et une borne de sortie pour fournir à l'utilisation les

données transmises, caractérisé en ce qu'entre la sortie du cir-

cuit de corrélation et la borne de sortie de la partie réception, on a prévu un circuit-porte commandé à partir des signaux fournis par le circuit de cadencement pour être à l'état passant pour

tout décalage égal à un nombre de fois pair de la durée d'un élé-

ment binaire constituant le mot de code d'étalement.
2. Système de transmission de données selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que les signaux appliqués à l'entrée

pour signaux de décalage sont à une fréquence double de la fré-

quence d'apparition des éléments binaires constituant les mots de code d'étalement, en ce que le circuit de corrélation comporte un premier circuit d'intégration pour intégrer à ladite fréquence

double les signaux appliqués à son entrée, comporte aussi un re-

gistre à décalage pour signaux analogiques dont l'entrée est con-

nectée à la sortie du premier circuit d'intégration et a la sor-

tie duquel apparaissent des couples d'échantillons corrélés et en ce qu'il est prévu des premiers moyens pour donner à tous ces couples la même polarité, des deuxièmes moyens faisant suite aux premiers pour changer la polarité des premiers ou des seconds échantillons des couples fournis par le premier moyen et un moyen d'intégration connecté en sortie des deuxièmes moyens pour

fournir un signal de correction pour le circuit oscillateur.

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3. Système de transmission de données selon la revendi-

cation 2, caractérisé en ce que le circuit de corrélation est constitué à partir d'un circuit à capacités couplées, circuit

C.C.D.