FR2788905A1 - Systeme de transmission d'informations par utilisation de spectres fragmentes - Google Patents

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Claude Goutelard
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SOC ET THEMATIQUES DES IDEES S
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    • H04K3/20Countermeasures against jamming
    • H04K3/22Countermeasures against jamming including jamming detection and monitoring
    • H04K3/224Countermeasures against jamming including jamming detection and monitoring with countermeasures at transmission and/or reception of the jammed signal, e.g. stopping operation of transmitter or receiver, nulling or enhancing transmitted power in direction of or at frequency of jammer
    • H04K3/226Selection of non-jammed channel for communication
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    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06Receivers
    • H04B1/10Means associated with receiver for limiting or suppressing noise or interference induced by transmission
    • H04B1/1027Means associated with receiver for limiting or suppressing noise or interference induced by transmission assessing signal quality or detecting noise/interference for the received signal

Abstract

<P>La transmission parfaite d'un signal modulé dont le spectre est S(omega) permet de restituer le signal modulant s (t) et sa fonction de corrélation parfaite c (tau), tau : lettre grecque tau. Pour lutter contre les interférences la technique connue d'excision consiste au lieu de réception à exciser les parties du spectre reçu contaminées par les interférences ou les brouilleurs. On ne retient qu'un spectre partiel Sexc (omega) ce qui entraîne une détérioration de la forme du signal rexc (t) et de la fonction de corrélation cexc (tau). La technique de fragmentation du spectre consiste à localiser à l'émission le spectre du signal hors des parties contaminées du spectre. Le spectre obtenu Smf (omega) est comprimé au lieu de réception et un dispositif adaptatif corrige les effets causés par la fragmentation ce qui permet de reconstituer sans déformation le signal rma (t) et la fonction de corrélation cma (tau).</P>

Description

- 1

SYSTEME DE TRANSMISSION D'INFORMATIONS PAR

UTILISATION DE SPECTRES FRAGMENTES

La présente invention concerne un procédé de transmission d'information par ondes électromagnétiques utilisant des signaux modulés, présentant une grande résistance aux brouillages et corrigeant les imperfections des canaux de transmission utilisés par l'utilisation d'une technique nouvelle appelée, dans l'invention, technique des spectres fractionnés. Un tel procédé trouve application dans le domaine des télécommunications pour la transmission de toute information dès qu'elle conduit à l'utilisation d'ondes modulées en amplitude, en phase, en fréquence ou par une combinaison quelconque de ces types de modulation. Les informations transmises peuvent concerner aussi bien la transmission des images que la transmission des sons ou la transmission de données numériques issues d'ordinateurs de capteurs

quelconques ou de sources d'informations diverses.

L'invention concerne tous les types de modulation,

analogiques et numériques.

Dans toutes ces applications, l'objectif visé est de transmettre, pour un débit d'information donné, les informations avec un maximum de sûreté dont le niveau est fixé par l'utilisateur en fonction de l'objectif qu'il vise. Ce résultat requiert, pour être atteint, une bonne qualité du signal reçu, qualifiée souvent par le rapport signal à bruit au lieu de réception, ce rapport incluant dans le terme bruit les brouillages volontaires ou involontaires qui apparaissent dans le canal de transmission. Dans la suite, on appellera ce -2 - rapport "rapport signal à bruit plus perturbations" Le rapport signal à perturbations est sujet à des variations de grande amplitude pour des raisons multiples qu'il est nécessaire de préciser. En effet, les signaux parasites englobés dans le terme bruit ou perturbations, de la définition précédente sont de natures diverses. On distingue de façon générale: - Les bruits radioélectriques naturels provoqués par les phénomènes naturels tels que les décharges électriques

qui se produisent dans l'atmosphère.

- Les bruits d'origine galactique, notamment ceux produits

par le soleil.

- Les bruits artificiels provoqués par les décharges électriques d'origine humaine provoquées par les moteurs électriques ou thermiques, les lignes de distributions

d'énergie électrique,.

- Les bruits internes dont le siège est à l'intérieur des systèmes électroniques utilisés pour réaliser la

transmission de l'information.

- Les interférences qui représentent l'ensemble des émissions radio électriques créées par les hommes sans intention de nuire telles que les émissions de radiodiffusion, les émissions utilisées pour des échanges d'information à caractère professionnel, les

émissions d'ondes par les radars,.

- Les brouillages qui sont des émissions d'ondes radio électriques créées par l'homme avec l'intention de -3 nuire. Ces émissions se classent dans le domaine de la

guerre électronique.

Ces deux dernières catégories de signaux correspondent à des émissions de puissances variables mais qui peuvent être très élevées. Elles constituent les gènes les plus perturbatrices pour la transmission de l'information. Ce sont ces deux catégories de signaux qui sont considérées dans l'invention pour laquelle un procédé de traitement est proposé. Ces signaux ne sont pas, en général, de nature gaussienne et les variations rapides de leurs niveaux introduisent des paquets d'erreurs particulièrement difficiles

à corriger.

Des solutions existantes apportent des solutions partielles au problème de la protection du transfert de l'information en présence de bruit, d'interférence et de brouillage. Une première solution consiste à utiliser des codes correcteurs d'erreurs qui permettent, par l'introduction de redondance dans le signal de corrigées les erreurs qui apparaissent lors de l'opération de détection sous l'effet du bruit, des interférences et du brouillage mais l'efficacité de cette technique est limitée et lorsque le rapport signal à bruit devient faible l'algorithme de correction entraîne alors une augmentation des erreurs. En présence d'interférence et de brouillage le rapport signal à bruit décroît fortement

et le résultat précédemment décrit se produit.

Une seconde solution réside dans la forme d'onde qui peut être choisie de façon, soit à réduire la bande passante du signal porteur de l'information de façon à échapper plus facilement aux brouillages, soit à choisir une forme d'onde qui présente une orthogonalité partielle avec les signaux -4. gênants. Cette option n'apporte cependant qu'une solution partielle car la protection n'est jamais complètement efficace compte tenu de la diversité des formes d'ondes et la densité des interférences ou des brouillages dans le spectre radioélectrique. Une troisième solution consiste à pratiquer l'évasion de fréquence en modifiant la fréquence d'émission utilisée par le système de transmission de l'information pour placer le spectre du signal émis dans une région du spectre radioélectrique non contaminée par les interférences ou les brouillages. Cette solution nécessite de disposer d'un nombre suffisant de fréquences allouées, ce qui n'est pas toujours possible, et le déplacement en fréquence du spectre du signal risque de conduire à un choix sous optimum si le canal à des caractéristiques variables avec la fréquence, ce qui est

souvent le cas.

Une quatrième technique consiste à utiliser l'étalement de spectre qui apporte une protection plus uniforme de la transmission par le fait que les interférences et les brouillages ne couvrent qu'une partie du spectre du signal utilisé pour effectuer la transmission, ce qui relativise leur effet. L'effet des signaux d'interférence et de brouillage est atténué par le traitement de compression du signal utilisé au

lieu de réception, mais en aucun cas ils ne sont éliminés.

Une cinquième solution consiste à utiliser la technique dite d'excision qui consiste lors à la réception du signal assurant la transmission additionné des signaux d'interférence et de brouillage à annuler les régions spectrales o les niveaux dépassent un seuil établi en fonction des objectifs visés. Cette technique bien connue présente deux inconvénients majeurs. Le premier est lié au fait que l'on soustrait à la réception une partie de la puissance du signal utilisé pour la -5 transmission. Le second est lié au fait que l'amputation du spectre du signal utilisé pour la transmission se traduit par une déformation du signal utilisé pour la transmission traduite par l'apparition d'une distorsion dite d'intersymboles ou, ce qui est équivalent, par une détérioration de la fonction de corrélation dudit signal et par suite par une diminution des performances du système de transmission. Une sixième solution consiste à utiliser un système de filtrage adaptatif qui prend simultanément en compte les imperfections du canal de transmission, les signaux d'interférences et les brouillages. Cette solution, linéaire ou non linéaire n'apporte également qu'une solution partielle dans la mesure o le résultat de ce filtrage entraîne une diminution de la puissance du signal restitué utilisé pour la transmission et une déformation de ce signal qui se traduit par une distorsion dite d'intersymboles ou, ce qui est équivalent, par une détérioration de la fonction de corrélation dudit signal et par suite par une diminution des

performances du système de transmission.

Toutes les techniques antérieures ne donnent que des solutions partielles au problème de la protection des transmissions de l'information contre les interférences et les brouillages par le fait qu'elles n'assurent pas simultanément : une élimination complète des effets des interférences et des brouilleurs, une conservation de la totalité de la puissance du signal reçu utilisé pour transmettre l'information, une conservation de la forme du signal et l'absence de distorsion intersymboles, l'utilisation d'une seule fréquence porteuse sans avoir recours à des changements de la fréquence de la

porteuse utilisée pour la transmission de l'information.

-6 - L'invention fournit un procédé remédiant à ces inconvénients en ce qu'il permet de réaliser simultanément une transmission de l'information avec un signal transmis par une onde électromagnétique et une réception dudit signal assurant simultanément: une élimination complète des effets des interférences et des brouilleurs, une conservation de la totalité de la puissance du signal reçu utilisé pour transmettre l'information, une conservation de la forme du signal et l'absence de distorsion intersymboles, l'utilisation d'une seule fréquence porteuse sans avoir recours à des changements de la fréquence de la porteuse utilisée pour la

transmission de l'information.

De plus le procédé peut être combiné avec certaines techniques antérieures telles que l'utilisation de codes correcteurs d'erreurs, l'évasion de fréquence, l'étalement de spectre, mais également avec d'autres techniques comme celles

concernant la transmission de signaux analogiques.

A cette fin un procédé de transmission de l'information assurant une protection complète du signal utilisé contre les interférences et les brouillages, sans déformation et sans perte de puissance dudit signal et assurant une correction des imperfections introduites par le canal, est caractérisé en ce qu'il effectue les opérations suivantes au lieu d'émission: - Une source d'information, qui fournit l'information que l'on désire transmettre, est associée à un système électronique qui produit un signal dont les caractéristiques permettent de reconstituer l'information fournie par la source sans aucune ambiguité. Le signal fourni est dit numérique s'il ne peut prendre qu'un nombre fini d'états et dans ce cas il peut contenir un code correcteur d'erreurs qui aura été introduit par l'utilisateur du système à partir -7 d'un premier signal associé à l'information fourni par la source. Le signal est dit analogique s'il peut prendre un nombre infini, non dénombrable, d'états. Le signal délivré par ce premier système est appelé signal source. - Le signal source est appliqué à un modulateur qui produit, avec une fréquence porteuse, appelée sous porteuse par la suite, suffisamment faible, un signal modulé, selon un type de modulation quelconque, qui sert à la génération du signal émis. Le signal modulé

fourni par ce modulateur est appelé signal modulé.

- Le signal modulé est appliqué à un convertisseur analogique numérique qui transforme le signal modulé de nature analogique en un signal numérique pour être appliqué à un opérateur qui effectue une transformée de Fourier numérique rendue possible par le choix d'une fréquence suffisamment faible de la sous porteuse pour donner un spectre appelé spectre du

signal modulé.

- Le spectre du signal modulé est alors traité par un opérateur non linéaire qui introduit une opération dite de fragmentation du spectre du signal modulé en prenant en compte les zones du spectre radioélectrique o siègent des signaux d'interférence ou de brouillage

considérés comme perturbateurs au lieu de réception.

Ces zones, étant pour l'instant supposées connues, sont appelées bandes lacunaires. L'opérateur de fragmentation réparti alors les deux bandes latérales du spectre du signal modulé autour de la sous porteuse de la façon suivante: avant l'opération de fragmentation on définit un ordonnancement des composantes spectrales en numérotant dans l'ordre -8 croissant ces composantes à partir de la composante ayant la fréquence la plus faible du spectre du signal modulé. Le numéro zéro est attribué à la composante située à la fréquence de la sous porteuse et la numérotation est positive pour la bande latérale supérieure, négative pour la bande latérale inférieure ou réciproquement. Ainsi en parcourant le spectre du signal modulé il correspond un numéro d'ordre et un seul à chaque composante. L'opération de fragmentation consiste à répartir les composantes du spectre du signal modulé en les logeant en dehors des bandes lacunaires de façon à respecter les numéros d'ordre attribués à chaque composante spectrale avant fragmentation et de telle sorte que l'écart de fréquence entre deux composantes consécutives soit égal à celui qui existait avant la fragmentation entre ces mêmes composantes excepté lorsqu'une bande lacunaire est comprise entre les deux composantes consécutives. Dans ce cas la différence entre les fréquences de ces deux composantes est égale à l'écart de fréquence entre deux composantes consécutives avant fragmentation augmenté de la largeur de la bande lacunaire. La composante spectrale correspondant à la sous porteuse est placée à la pulsation de la sous porteuse si cette pulsation n'est pas dans une bande lacunaire, et à la pulsation la plus proche de la pulsation de la sous porteuse si cette pulsation est dans une bande lacunaire. Le spectre fourni par l'opérateur de fragmentation est appelé spectre fragmenté du signal modulé. On notera que l'opération de fragmentation est réciproque, la relation entre le spectre du signal modulé et le spectre fragmenté du signal modulé étant bijective, en ce sens qu'à chaque composante du spectre du signal modulé correspond une -9 - composante et une seule du spectre fragmenté du signal

modulé et réciproquement.

- Le spectre fragmenté du signal modulé est appliqué à un opérateur qui effectue une transformée de Fourier numérique inverse, puis à un convertisseur numérique analogique qui restitue un signal analogique appelé

signal modulé à spectre fragmenté.

- Le signal modulé à spectre fragmenté est alors appliqué à l'entrée d'un système d'émission qui le transpose dans le domaine fréquentiel autour d'une porteuse, appelée porteuse du signal émis, et l'amplifie pour l'émettre par une antenne dans l'environnement terrestre o il se propage. La position des bandes lacunaires utilisées dans l'opération de fragmentation est déterminée en tenant compte de cette transposition de fréquence, la position des bandes lacunaires définies autour de la sous porteuse précédemment mentionnée, correspondant, après transposition de fréquence, à la position des zones du spectre radioélectrique o siègent des signaux d'interférence ou de brouillage considérés

comme perturbateurs au lieu de réception.

Le procédé est également caractérisé en ce qu'il effectue les opérations suivantes au lieu de réception: - Le signal émis du point d'émission est reçu au lieu de réception par une antenne qui le délivre à un récepteur qui amplifie le signal et le transpose à une fréquence intermédiaire suffisamment faible pour permettre des traitements numériques. Le signal délivré par le récepteur est appelé signal reçu modulé à spectre fragmenté. La fréquence intermédiaire à -10 - laquelle est délivré ce signal est de préférence égale à celle de la sous porteuse sans que cette égalité

soit une obligation.

- Le signal reçu modulé fragmenté est appliqué à un convertisseur analogique numérique qui lui fait correspondre un signal numérique appliqué à un opérateur qui effectue un transformée de Fourier numérique délivrant un spectre numérique appelé

spectre fragmenté du signal reçu modulé.

- Le spectre fragmenté du signal reçu modulé est appliqué à un opérateur non linéaire de défragmentation qui effectue l'opération réciproque du celle effectuée par l'opérateur de fragmentation comme cela a été décrit précédemment. Le spectre délivré par l'opérateur de défragmentation est appelé spectre du signal reçu modulé. Le spectre du signal reçu modulé est égal au spectre du signal modulé multiplié par une fonction de transfert qui résulte de la fragmentation du spectre du signal modulé et de son transfert à travers le canal et les opérateurs qui le traite au lieu d'émission et au lieu de réception. Cette fonction de transfert dépend donc des positions des bandes lacunaires et par conséquent de la position des

interférences et des brouilleurs dans le spectre.

Cette fonction de transfert appelée fonction de transfert effective est inconnue aussi bien au lieu d'émission qu'au lieu de réception. Il y a donc lieu de conduire un traitement pour corriger cette fonction afin d'obtenir des performances aussi élevées que possibles. - Le spectre du signal reçu modulé est donc appliqué à un opérateur qui effectue une transformée de Fourier

- 11 -

pour fournir un signal temporel appelé signal modulé reçu. Le signal modulé reçu apparaît donc comme le signal modulé transmis à travers un canal linéaire variable, la double opération de fragmentation et de défragmentation étant réciproque, la linéarité de l'ensemble des opérations se trouve conservée. Le signal modulé reçu peut donc être considéré comme un signal transmis à travers un canal linéaire non stationnaire dont on sait corriger les effets par des

méthodes adaptatives diverses.

- Le signal modulé reçu est donc appliqué à un système adaptatif qui réalise une égalisation de la fonction de transfert effective à l'aide d'un signal test transmis selon une technique connue par entrelacement avec le signal porteur de l'information. Ce système adaptatif reçoit également la position des bandes lacunaires ce qui permet de simplifier les procédures et de réduire le temps d'apprentissage du système adaptatif qui est le temps nécessaire pour que le système réalise l'adaptation à partir d'un état initial quelconque. Le système adaptatif produit un signal appelé signal modulé reçu adapté. Lorsque l'adaptation est réalisée, ce signal est identique au signal modulé ce qui permet de retrouver le signal source en appliquant le signal modulé reçu adapté à un démodulateur qui restitue donc le signal source duquel

l'information est extraite.

- Le procédé est également caractérisé en ce qu'il effectue les opérations suivantes entre le lieu de réception et le lieu d'émission dans le cas o les bandes lacunaires sont déterminées par une scrutation du spectre radio électrique et non déterminées par une estimation à priori: -12 - - Au lieu de réception un analyseur de spectre effectue une analyse spectrale du spectre radio électrique autour de la fréquence porteuse choisie pour effectuer la transmission. Ce spectre est analysé en temps réel de façon à réaliser une adaptation en temps réel du système de transmission à l'environnement

électromagnétique au lieu de réception.

- Le spectre mesuré est transmis à un système d'analyse qui détermine autour de la fréquence porteuse les zones du spectre radioélectrique o siègent des signaux d'interférence ou de brouillage considérés comme perturbateurs au lieu de réception. Les zones sont déterminées à partir de critères définis en fonction de l'objectif visé pour la liaison en matière de sécurité et de rapidité de transmission. Ce système d'analyse produit une liste des bandes lacunaires qui est utilisée au lieu de réception dans l'opération de défragmentation et dans le système adaptatif et transmise au lieu d'émission. Lorsque, lors des scrutations successives du spectre aucune évolution n'apparaît, il n'y a pas de modifications des bandes lacunaires, si une nouvelle interférence ou un nouveau brouillage apparaît, il y a création d'une nouvelle bande lacunaire et si une interférence ou un brouillage

disparaît, il y a suppression d'une bande lacunaire.

- La liste des bandes lacunaires est transmise au lieu de d'émission par un ensemble émetteur qui transmet trois types d'information. Cette transmission est appelée voie robuste de retour. Dans une phase dite fondamentale la liste complète des bandes lacunaires est transmise au lieu d'émission, dans une phase dite de suppression de bande lacunaire seul est transmis au -13 - lieu d'émission l'ordre de création d'une nouvelle bande lacunaire, prioritaire sur la précédente et dans une phase dite de création de bande lacunaire, prioritaire sur les deux précédentes seul est transmis au lieu d'émission l'ordre de création d'une nouvelle

bande lacunaire.

- Au lieu d'émission, la réception des ordres entraîne les opérations suivantes. La réception des signaux de lo la phase fondamentale n'entraîne pas d'action du système d'émission. Cette information ne fait que confirmer périodiquement la liste des bandes lacunaires. La réception des signaux de la phase de suppression de bande lacunaire entraîne à l'émission la

suppression de la ou des bandes lacunaires indiquées.

La réception des signaux de la phase de création de bande lacunaire entraîne à l'émission la création de la ou des bandes lacunaires indiquées. Dans les deux derniers cas de suppression ou de création de bandes lacunaires la procédure utilisée est la suivante: le système de gestion ajoute ou supprime les bandes lacunaires mentionnées, émet une suite périodique de signaux de synchronisation pendant un temps au moins égal à la durée de la phase d'apprentissage du système adaptatif au lieu de réception et émet à nouveau les informations transmises durant un intervalle de temps prédéfini avant la réception des signaux de la phase de création ou de la phase de suppression. L'émission de suites de synchronisation est destinée à l'apprentissage de la nouvelle configuration par le système adaptatif au lieu de réception. La répétition des informations est nécessaire pour pallier une perte éventuelle d'informations qui risque de se produire durant d'une part la saisie des spectres radio -14 - électriques et d'autre part la détermination des bandes

lacunaires au lieu de réception.

- La voie robuste de retour est à faible débit compte tenu du type d'information qu'elle transporte. Il est donc possible de la rendre robuste en utilisant une des techniques connues qui permettent d'assurer une grande protection de l'information transmise en réduisant le débit d'information. Par exemple on peut utiliser une méthode basée sur l'étalement de spectre ou des

méthodes de correction d'erreurs à faible rendement.

Cette robustesse obtenue sans difficulté est nécessaire compte tenu de la robustesse indispensable pour la transmission des informations relatives aux bandes

lacunaires.

- Les informations sont transmises en respectant un standard conçu pour que, dans le cas de transmissions des signaux des phases de suppression de bandes lacunaires ou d'addition de bandes lacunaires, la priorité de prise en compte de l'information soit reçue

au plus tôt.

Dans le cas o les bandes lacunaires sont déterminées par une estimation à priori, basée par exemple sur une statistique établie sur une observation du spectre radio électrique, les bandes lacunaires sont introduites dans les opérateurs de fragmentation, de défragmentation et adaptatif du système, et

la voie de retour est supprimée.

Le procédé fourni ainsi la possibilité de transmettre des informations en échappant aux effets négatifs causés par les interférences et les brouilleurs tout en corrigeant les imperfections du canal de transmission et les modifications de 351a fonction de transfert du canal et des systèmes de -15 - traitement liées à l'utilisation de spectre fragmentés. Le système rend ainsi possible l'utilisation du canal dans les seules zones spectrales o ne siège aucune interférence ni aucun brouilleur, ce qui permet d'augmenter le débit d'information du système et d'améliorer sa robustesse. Le système est adapté à l'environnement électromagnétique soit de façon statistique, soit en temps réel, ce qui entraîne

l'utilisation d'une voie robuste de retour.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la

description suivante, en référence aux figures annexées

correspondantes dans lesquelles: La figure 1 représente les différents spectres et signaux qui apparaissent dans des transmissions parfaites, utilisant

la technique d'excision et la technique de fragmentation.

La figure 2 représente le bloc diagramme fonctionnel du système utilisé au point d'émission et la figure 3 le bloc diagramme fonctionnel du système utilisé au point de réception. Une source d'information, éventuellement associée à un codeur fournit un signal s(t) qui module une sous porteuse pour donner le signal modulé sm(t) dont le spectre nommé Sm(o) a une étendue spectrale [Aomin, omax] o omin est la pulsation minimale et wmax la pulsation maximale du spectre Sm(o). Dans un système de transmission parfait le spectre Sm(e) est transmis sans déformation au point de réception qui reçoit selon les graphes stylisés de la figure la le spectre Sm(w) duquel est extrait le signal s(t) et si le signal s(t) possède une fonction de corrélation parfaite, une fonction

d'autocorrélation c(T)o T représente la lettre grecque tau.

-16 - Dans le cas d'une transmission avec excision de spectre, le signal modulé est inchangé et sm(t) est transmis au point de réception. L'excision annule les zones spectrales o se trouvent des interférences ou des brouilleurs pour donner le spectre excisé Sexc(o) et les différents signaux représentés de façon stylisée sur la figure lb. Le spectre Sexc(o) occupe toujours la même occupation spectrale [omin,wmax], mais dans la ième bande lacunaire d'étendue spectrale [aim, oeiM], o oim est la pulsation minimale et wiM la pulsation maximale de la ième bande lacunaire, le spectre reçu est systématiquement annulé. Le signal reçu rexc(t) après démodulation est déformé par rapport au signal émis s(t) à cause de l'altération du spectre Sexc(o) et dans le cas o la fonction de corrélation supposée parfaite du signal s(t) doit être utilisée pour la détection, la fonction de corrélation entre sexc(t) et la

réplique de s(t) se trouve détériorée pour la même raison.

Dans le cas d'une transmission basée sur la technique de fragmentation du spectre le spectre Sm(t) du signal modulé est fragmenté comme il a été décrit précédemment, pour placer la totalité de l'énergie du signal émis au voisinage le plus

immédiat de la porteuse utilisée pour assurer la transmission.

Le spectre émis conserve la totalité de l'énergie du signal s(t) et s'étend de la pulsation oMin, inférieure ou égale à wmin à uMax, supérieure ou égale à max. Au point de réception, o sont connues les positions des bandes lacunaires, la ième bande étant repérée par sa pulsation minimale wim et sa pulsation maximale oiM la restitution du spectre Sm(<) est effectuée à l'aide de deux opérations: - La première consiste à rendre compact le spectre reçu en rendant adjacents les spectres situés de part et -17 - d'autre de chaque bande lacunaire, comme cela a été

décrit précédemment.

- La seconde consiste à corriger les imperfections causées par la fragmentation et la défragmentation des spectres, notamment dues au fait que la défragmentation introduit des discontinuités de la phase et du module de la fonction de transfert effective lors de la juxtaposition des pulsations wim et oiM de la ième

bande lacunaire.

Ces opérations étant réalisées par un processus adaptatif, le système restitue le spectre Sm(o) et les signaux délivrés rma(t) pour le signal temporel et cma(T) pour la fonction de corrélation sont respectivement identiques au signal s(t) et à la fonction de corrélation c(T), réalisant

ainsi la transmission parfaite. Pour réaliser cette transmission les opérations suivantes sont effectuées

au lieu d'émission: - Une source d'information SOURCE, qui fournit l'information que l'on désire transmettre, est associée à un système électronique qui produit un signal, appelé signal source, s(t) dont les caractéristiques permettent de reconstituer l'information fournie par la source sans aucune ambiguïté. Comme il a été dit, le signal source s(t)

peut être numérique ou analogique.

- Le signal source s(t) est appliqué à un modulateur MODUL qui produit un signal modulé sm(t), selon un type de modulation quelconque, autour d'une sous porteuse de pulsation '0, et qui sert à la génération

du signal émis.

-18 - Le signal modulé est appliqué à un convertisseur analogique numérique CANTx qui transforme le signal modulé de nature analogique en un signal numérique pour être appliqué à un opérateur FFTTx qui effectue une transformée de Fourier numérique rendue possible par le choix d'une valeur suffisamment faible de la pulsation de la sous porteuse pour donner un spectre du signal modulé Sm(w). Le signal modulé n'étant pas analytique, on peut toujours, par un choix convenable de l'origine temporelle, écrire ce spectre sous la forme: Sm () = S0(w - w'0) + S0(O+ '0) o SO(e) est le spectre du signal modulé transposé en

bande de base.

- Le spectre du signal modulé Sm(<) est alors traité par un opérateur non linéaire FRAGM qui introduit l'opération de fragmentation du spectre du signal modulé en prenant en compte, comme il a été dit, les bandes lacunaires. L'opérateur de fragmentation réparti alors les deux bandes latérales du spectre du signal modulé autour de la sous porteuse de la façon suivante: avant l'opération de fragmentation on définit un ordonnancement des composantes spectrales en numérotant dans l'ordre croissant ces composantes à partir de la composante ayant la fréquence la plus faible du spectre du signal modulé. Le numéro zéro est attribué à la composante située à la fréquence de la sous porteuse et la numérotation est positive pour la bande latérale supérieure, négative pour la bande latérale inférieure ou réciproquement. Ainsi en parcourant le spectre du signal modulé il correspond -19 -

un numéro d'ordre et un seul à chaque composante.

L'opération de fragmentation consiste à répartir les composantes du spectre du signal modulé en les logeant en dehors des bandes lacunaires de façon à respecter les numéros d'ordre attribués à chaque composante spectrale avant fragmentation et de telle sorte que l'écart de fréquence entre deux composantes consécutives soit égal à celui qui existait avant la fragmentation entre ces mêmes composantes excepté lorsqu'une bande lacunaire est comprise entre les deux composantes consécutives. Dans ce cas la différence entre les fréquences de ces deux composantes est égale à l'écart de fréquence entre deux composantes consécutives avant fragmentation augmenté de la largeur de la bande lacunaire. La composante spectrale de pulsation w'0 correspondant à la sous porteuse est placée à la pulsation o'0 si cette pulsation n'est pas dans une bande lacunaire, et à la pulsation la plus proche de o'0 si cette pulsation est dans une bande lacunaire. Le spectre Smf(<) fourni par l'opérateur de fragmentation est appelé spectre fragmenté du signal modulé. On aura noté que l'opération de fragmentation

est réciproque.

On peut noter: Smf(o) = {Sm(-)} o {x} est l'opérateur de fragmentation du spectre x et en introduisant ^-l{y} l'opérateur réciproque, appelé opérateur de défragmentation du spectre y, on peut noter que:

-20 -

Sm(G) = A^-l{Smf(o)} Il est toujours possible d'écrire ce spectre sous la forme: Smf(o) = SmfO(G - '0) + SmfO(< + o'0) o SmfO(o) représente le spectre du signal, ayant pour

spectre Smf(w), transposé en bande de base.

- Le spectre fragmenté du signal modulé Smf(w) est appliqué à un opérateur IFFTTx qui effectue une transformée de Fourier numérique inverse, puis à un convertisseur numérique analogique CNATx qui restitue un signal analogique modulé à spectre fragmenté smf(t). - Le signal modulé à spectre fragmenté smf(t) est alors appliqué à l'entrée d'un système d'émission EMETTx qui transpose ce signal dans le domaine fréquentiel autour d'une porteuse de pulsation 0O, appelée porteuse du signal émis, et l'amplifie pour obtenir le signal sef(t) émis par une antenne dans l'environnement terrestre o il se propage. La position des bandes lacunaires utilisées dans l'opération de fragmentation est déterminée, comme il a été vu, en tenant compte de cette transposition de fréquence. Le signal sef(t) a un spectre que l'on peut écrire sous la forme: Sef(o) = He(o)*[SmfO(w - o0) + SmfO(w + oe0)] -21 - o He(oe) est la fonction de transfert des systèmes électroniques placés dans la chaine de d'émission

après l'opérateur de fragmentation.

Les opérations suivantes sont effectuées au lieu de réception: - Le signal sef(t) transmis du point d'émission produit au lieu de réception un signal rf(t) capté par une antenne qui le délivre à un récepteur RECRx lequel l'amplifie et le transpose à une pulsation intermédiaire w1 suffisamment faible pour permettre des traitements numériques. Le signal délivré par le récepteur rmf(t) est appelé signal reçu modulé à spectre fragmenté. La pulsation intermédiaire à laquelle est délivré ce signal est de préférence égale à celle de la sous porteuse sans que cette égalité

soit une obligation.

Le spectre Rf(o) du signal rf(t) s'écrit: Rf(o) = Hc(w)*He(w)*[SmfO0( 0)O + SmfO(w + 0O)]

o Hc(o) est la fonction de transfert du canal.

- Le signal reçu modulé fragmenté est appliqué à un convertisseur analogique numérique CANRx qui lui fait correspondre un signal numérique appliqué à un opérateur FFTRx effectuant une transformée de Fourier numérique et délivrant un spectre numérique Rmf(o)

appelé spectre fragmenté du signal reçu modulé.

- Le spectre du signal Rmf(o) peut s'écrire sous la forme: -22- Rmf(o) = Hr(û)*Hc(o)*He(w)*[SmfO(o - ol) + SmfO(O + 01)] o Hr(o) est la fonction de transfert du récepteur RECRx. - Le spectre fragmenté du signal reçu modulé Rmf(w) est appliqué à un opérateur non linéaire de défragmentation qui effectue l'opération réciproque de celle effectuée par l'opérateur de fragmentation comme cela a été décrit précédemment et qui délivre le spectre du signal reçu modulé Rm(o) dont l'expression est: Rm(o) = i^l(Hr(o)*Hc(o)*He(o)*[SmfO(o - il) + SmfO(" + 1)]} o encore: Rm(<) = 1^-l{Hr(o)*Hc(o)*He(>)}*[SmO(< - il) + SmfO(< + i1)] Il apparaît que le spectre Rm(o) est le produit du spectre du signal modulé multiplié par une fonction de transfert dont la valeur résulte de la fragmentation. Cette fonction de transfert dépend donc des positions des bandes lacunaires et par conséquent de la position des

interférences et des brouilleurs dans le spectre.

Cette fonction de transfert Heff(<) appelée fonction de transfert effective s'exprime par: -23 Heff(o) = ^-l{Hr(o)*Hc(c)*He(>)} est inconnue aussi bien au lieu d'émission qu'au lieu de réception. Il y a donc lieu de conduire un traitement pour corriger cette fonction afin d'obtenir des performances aussi élevées que possible. - Le spectre du signal reçu modulé Rm(o) est donc appliqué à un opérateur IFFTRx qui effectue une transformée de Fourier pour fournir un signal temporel rm(t), appelé signal modulé reçu, qui est appliqué à un système adaptatif ADAPT pour réaliser une égalisation de la fonction de transfert effective à l'aide d'un signal test transmis selon une technique connue par entrelacement avec le signal porteur de l'information. Le système adaptatif reçoit, pendant la phase d'égalisation, le signal rm(t) dont le spectre s'écrit: Rm(o) = Heff(o)*[TO(c - ol) + TO0(o + cl)] o TO(") est le spectre en bande de base du signal

test connu entrelacé avec le signal utile transmis.

L'adaptation réalise l'opération: Cl = Min{VAR(Rm() - Rmopt(o))} -24 - o Min(x) indique l'opération de minimisation, VAR(x) indique la variance de x et o: Rmopt(o) = HO(o)*[T0(c - xl) + T0(w + x1)]

H0(w) représentant la fonction de transfert désirée.

Sous la contrainte des conditions complémentaires de rupture des lois de phase et d'amplitude de la fonction de transfert effective lors de la juxtaposition des

pulsations wim et ìM de la ième bande lacunaire.

- Le système adaptatif produit le signal appelé signal modulé reçu adapté rma(t). Lorsque l'adaptation est réalisée, ce signal est identique au signal modulé additionné du bruit du système de transmission ce qui permet de retrouver le signal source en appliquant le signal modulé reçu adapté à un démodulateur DEMOD qui

restitue r(t) duquel l'information est extraite.

Le procédé est également caractérisé en ce qu'il effectue les opérations suivantes entre le lieu de réception et le lieu d'émission dans le cas o les bandes lacunaires sont déterminées par une scrutation du spectre radio électrique et non déterminées par une estimation à priori: - Au lieu de réception un analyseur de spectre ASPEC effectue une analyse spectrale du spectre radio électrique autour de la fréquence porteuse choisie pour effectuer la transmission. Ce spectre fourni I() est analysé de façon à réaliser une adaptation en temps réel du système de transmission à l'environnement

électromagnétique au lieu de réception.

-25 - - Le spectre mesuré est transmis à un système d'analyse CALAC qui détermine autour de la fréquence porteuse les zones du spectre radioélectrique o siègent des signaux d'interférence ou de brouillage considérés comme perturbateurs au lieu de réception. Les zones sont déterminées à partir de critères définis en fonction de l'objectif visé pour la liaison en matière de sécurité et de rapidité de transmission. Ce système d'analyse produit une liste LACRx des bandes lacunaires qui est utilisée au lieu de réception dans l'opération de défragmentation et dans le système adaptatif et transmise au lieu d'émission. Lorsque, lors des scrutations successives du spectre, aucune évolution n'apparaît, il n'y a pas de modifications des bandes lacunaires. Si une nouvelle interférence ou un nouveau brouillage apparaît, il y a création d'une nouvelle bande lacunaire et si une interférence ou un brouillage

disparaît, il y a suppression d'une bande lacunaire.

- La liste LACRx des bandes lacunaires est transmise au lieu de d'émission par un ensemble de modulation MOD2 et d'émission EMETRx2 qui transmet par le signal s2(t) trois types d'information. Cette transmission est appelée voie robuste de retour. Dans une phase dite fondamentale la liste complète des bandes lacunaires est transmise au lieu d'émission, dans une phase dite de suppression de bande lacunaire seul est transmis au lieu d'émission l'ordre de création d'une nouvelle bande lacunaire, prioritaire sur la précédente et dans une phase dite de création de bande lacunaire, prioritaire sur les deux précédentes seul est transmis au lieu d'émission l'ordre de création d'une nouvelle

bande lacunaire.

-26 - Au lieu d'émission, du signal reçu r2(t), sont extraits les ordres qui entraînent les opérations suivantes. La réception des signaux de la phase fondamentale ne sert qu'à confirmer périodiquement la liste des bandes lacunaires. La réception des signaux de la phase de suppression de bande lacunaire entraîne à l'émission la

suppression de la ou des bandes lacunaires indiquées.

La réception des signaux de la phase de création de bande lacunaire entraîne à l'émission la création de la ou des bandes lacunaires indiquées. Dans les deux derniers cas de suppression ou de création de bandes lacunaires la procédure utilisée est la suivante: le système de gestion ajoute ou supprime les bandes lacunaires mentionnées, émet une suite périodique de signaux de synchronisation pendant un temps au moins égal à la durée de la phase d'apprentissage du système adaptatif au lieu de réception et émet à nouveau les informations transmises durant un intervalle de temps prédéfini avant la réception des signaux de la phase de

création ou de la phase de suppression.

- La voie robuste de retour est à faible débit compte tenu du type d'information qu'elle transporte. Il est possible, comme il a été vu, de la rendre robuste en utilisant une des techniques connues qui permettent d'assurer une grande protection de l'information

transmise en réduisant le débit d'information.

- Les informations sont transmises en respectant un standard conçu pour que, dans le cas de transmissions des signaux des phases de suppression de bandes lacunaires ou d'addition de bandes lacunaires, la priorité de prise en compte de l'information soit reçue

au plus tôt.

-27- Dans le cas o les bandes lacunaires sont déterminées par une estimation à priori, basée par exemple sur une statistique établie sur une observation du spectre radio électrique, les bandes lacunaires sont introduites dans les opérateurs de fragmentation, de défragmentation et adaptatifs du système, et

la voie robuste de retour est supprimée.

Selon l'un des principes décrit, la sous porteuse utilisée au lieu d'émission de pulsation w'0 et la sous porteuse utilisée au lieu de réception de pulsation 1 compatibles pour pouvoir autoriser un traitement numérique. On notera que l'une et l'autre de ces deux pulsations peuvent

être, séparément ou simultanément, prises égale à zéro.

Selon le principe de l'invention, la voie de retour robuste peut être structurée en utilisant le principe de l'invention par l'utilisation de la technique de la fragmentation pour augmenter la robustesse de cette voie de retour.

-28. -

Claims (3)

    REVEND I CATIONS
  1. 1. - Procédé de transmission d'informations par utilisation de spectres fragmentés comprenant les étapes suivantes: - Calcul du spectre Sm(c) dans un opérateur numérique FFTTx, résultant de la conversion analogique numérique dans l'opérateur CANTx, d'un signal modulé sm(t) dans l'opérateur MODUL autour d'une sous porteuse o'0 par un signal dit signal de source s(t), numérique ou analogique, produit par une source d'information
    SOURCE.
    - Opération non linéaire, dite de fragmentation du spectre, dans laquelle l'opérateur de fragmentation réparti les deux bandes latérales du spectre du signal modulé autour de la sous porteuse de la façon suivante : avant l'opération de fragmentation il est définit un ordonnancement des composantes spectrales en numérotant dans l'ordre croissant ces composantes à partir de la composante ayant la fréquence la plus faible du spectre du signal modulé. Le numéro zéro est attribué à la composante située à la fréquence de la sous porteuse '0 et la numérotation est positive pour la bande latérale supérieure, négative pour la bande latérale inférieure ou réciproquement. Ainsi en parcourant le spectre du signal modulé il correspond
    un numéro d'ordre et un seul à chaque composante.
    L'opération de fragmentation consiste à répartir les composantes du spectre du signal modulé en les logeant en dehors de bandes de fréquences dites bandes lacunaires de façon à respecter les numéros d'ordre attribués à chaque composante spectrale avant fragmentation et de telle sorte que l'écart de -29 - fréquence entre deux composantes consécutives soit égal à celui qui existait avant la fragmentation entre ces mêmes composantes excepté lorsqu'une bande lacunaire est comprise entre les deux composantes consécutives. Dans ce cas la différence entre les fréquences de ces deux composantes est égale à l'écart de fréquence entre deux composantes consécutives avant fragmentation augmenté de la largeur de la bande lacunaire. La composante spectrale de pulsation O'0 correspondant à la sous porteuse est placée à la pulsation O'0 si cette pulsation n'est pas dans une bande lacunaire, et à la pulsation la plus proche de
    O'0 si cette pulsation est dans une bande lacunaire.
    Le spectre dit spectre fragmenté du signal modulé Smf(c) est celui fourni par l'opérateur de fragmentation. - Conversion du spectre Smf(o) en un signal numérique dans l'opérateur IFFTTx et conversion dudit signal numérique en un signal analogique smf(t) dans l'opérateur CNATx, puis transposition en fréquence autour d'une pulsation 0 dite porteuse de la transmission et amplification de ce signal dans l'opérateur EMETTx pour obtenir le signal sef(t) émis
    par une antenne dans l'environnement terrestre.
    - Réception, au lieu de réception du signal rf(t) résultant de l'émission du signal sef(t) auquel s'ajoutent des bruits, brouilleurs et interférences, amplification, transposition en fréquence autour d'une sous porteuses w'1 du signal rf(t) dans l'opérateur RECRx pour obtenir le signal rm(t), puis calcul du spectre numérique Rmf(o) par numérisation de rnf(t) -30 - dans l'opérateur CANRx et transformation de Fourier
    dans l'opérateur FFTRx.
    - Opération non linéaire dite de défragmentation, effectuée dans l'opérateur DEFRAG, qui effectue l'opération réciproque de l'opération de fragmentation décrite et qui restitue le spectre Rm(o)transformé en
    un signal temporel rm(t) dans l'opérateur IFFTRx.
    - Opération adaptative dans l'opérateur ADAPT corrigeant les effets des opérations de fragmentation et de défragmentation sur la fonction de transfert effective Heff(w), par l'utilisation d'un signal test entrelacé avec les signaux utiles transmis et démodulation dans l'opérateur DEMO du signal rma(t) délivré par l'opérateur ADAPT pour obtenir le signal r(t) duquel
    est extrait l'information transmise.
    - Détermination des bandes lacunaires par scrutation du spectre radioélectrique I() au voisinage de la porteuse 0O par l'analyseur de spectre ASPEC et détermination des bandes lacunaires LACRx par l'opérateur CALAC prenant en compte la position des zones fréquentielles voisines de 0O dans lesquelles des interférences ou des brouilleurs sont, sur des critères définis en fonction des objectifs, considérés gênants pour la transmission et des valeurs des transpositions en fréquence de la pulsation o'0 à "0
    et de la pulsation 0 à 1.
    - Transmission aux opérateurs ADAPT et DEFRAG des bandes lacunaires. Transmission au lieu d'émission par modulation dans l'opérateur MOD2 puis amplification et transposition -31 - en fréquence dans l'opérateur EMETRx2 des positions des bandes lacunaires, cette transmission dite voie robuste de retour, étant rendue très fiable par le fait que la quantité d'information à transmettre est faible. Choix d'une transmission hiérarchisée pour la transmission de signaux indiquant la création ou la
    suppression de nouvelles bandes lacunaires.
    - Réception des signaux de la voie de retour au lieu d'émission par transposition et amplification de ces signaux dans l'opérateur RECRx2 et détection des informations de maintien, de création ou de suppression des positions des bandes lacunaires et émission d'une suite de signaux test destinés à l'égalisation effectuée dans l'opérateur ADAPT et répétition de l'information émise, sur un intervalle de temps choisi, avant la réception des ordres de
    création ou de suppression des bandes lacunaires.
  2. 2. - Procédé selon la revendication i utilisant, simultanément ou non simultanément, pour les sous porteuses
    d'émission o'0 ou de réception 1l des pulsations nulles.
  3. 3. - Procédé selon les revendications i ou 2 utilisant
    une détermination à priori des bandes lacunaires, définies, par exemple par une étude statistique ou une connaissance à priori des zones fréquentielles sièges des brouilleurs ou
    d'interférences gênants.
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SCHILLING D L ET AL: "Broadband CDMA for personal communications systems" IEEE COMMUNICATIONS MAGAZINE, NOV. 1991, USA, vol. 29, no. 11, pages 86-93, XP002130274 ISSN: 0163-6804 *

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