FR2817689A1 - Procede de demodulation coherente de signaux radio - Google Patents

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Abstract

Procédé utilisant des symboles OFDM transmis comme données supplémentaires et qui ne sont pas nécessaires au codage des canaux, on mémorise de façon intermédiaire et en cas de changement de fréquences alternatives, on les utilise pour déterminer des pilotes de remplacement.

Description

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ETAT DE LA TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé de démodula- tion cohérente de signaux radio selon lequel on reçoit les signaux radio en multiplex de fréquences orthogonales avec des symboles OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), on subdivise les symboles OFDM en trames, dont une première partie des symboles OFDM d'une trame sert à la transmission de données supplémentaires et une seconde partie est utilisée pour la transmission de données utiles, avec dans la première partie et dans la seconde partie des pilotes pour effectuer cette évaluation de canal servant à la démodulation cohérente de signaux radio.
Il est déjà connu d'évaluer un canal pour la démodulation dans le cas d'une démodulation cohérente de signaux radio. Par l'évaluation de canal on détermine les amplitudes et les distorsions de phase des signaux radio produits dans le canal radio et on fait une compensation. Dans le cas de procédés de transmission radio, numériques, on utilise notamment des pilotes c'est-à-dire des séquences d'entraînement connues du récepteur pour déterminer la fonction de transmission du canal. Dans le cas de la radio numérique mondiale DRM (Digital Radio Mondial), on peut transmettre le même service audio par différentes fréquences. Il est ainsi possible de réaliser une commutation sur une fréquence alternative si la fréquence réglée reçoit le service audio plus mal que la fréquence alternative. Les différents émetteurs qui travaillent dans les différentes fréquences dans ce service audio ont des différences de temps de parcours liées aux intervalles entre l'émetteur et le récepteur de sorte que les signaux radio émis par les différentes fréquences dans les trames, sont reçues avec leur début de trames respectif à des instants différents par le récepteur.
La présente invention a pour but de permettre une meilleure évaluation de canal lors d'une commutation sur une fréquence alternative.
AVANTAGES DE L'INVENTION
Ce problème est résolu selon l'invention par un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que du côté de la réception, on mémorise de façon intermédiaire comme données de comparaison, la première partie des symboles OFDM, après une commutation de fréquence du côté de la réception sur une fréquence alternative d'un service audio choisi, on compare les données de comparaison et la première partie des symboles OFDM reçus sur la fréquence alternative pour générer des pilo-
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tes, de remplacement, et on interpole les pilotes de remplacement et des pilotes reçus sur la fréquence alternative pour effectuer une évaluation de canal.
Par rapport à l'état de la technique le procédé selon l'invention des modulations cohérentes de signaux radio offre l'avantage de permettre une meilleure évaluation du canal pour les signaux radio re- çus, par comparaison avec la commutation sur une fréquence alternative, car des pilotes de remplacement selon l'invention sont créés par une comparaison des symboles OFDM utilisés pour la transmission des données supplémentaires, et servent à l'évaluation de canal. Cela se traduit alors par un retour d'erreur de bit plus faible car les distorsions de phase et d'amplitude peuvent être compensées et ainsi on aura une meilleure qualité du service audio choisi.
Il est particulièrement avantageux, selon d'autres caractéristiques de l'invention, que les symboles OFDM utilisés par le service audio réglé à l'origine pour déterminer les pilotes de remplacement sont tout d'abord décodés par canal, enregistrés et de nouveau codés par canal pour être prêts pour la comparaison.
Il est en outre avantageux que les pilotes de remplacement soient complétés par des porteuses OFDM pour permettre une interpolation de l'évaluation de canal dans le sens du temps pour chaque porteuse OFDM et à partir de ces porteuses OFDM, permettre une interpolation de fréquences pour toutes les porteuses OFDM qui n'ont pas de pilote, pour permettre alors une évaluation de canal pour toutes les cellules OFDM.
Il est en outre avantageux, lorsqu'on revient de la fréquence alternative à la fréquence d'origine, de générer également un pilote de remplacement pour permettre l'évaluation du canal pour toutes les cellules OFDM.
Enfin suivant un autre avantage, le récepteur selon l'invention comporte des moyens pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus.
DESSINS
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisations représentés dans les dessins annexés selon lesquels :
Figure img00020001

- la figure 1 est un schéma par bloc du récepteur selon l'invention, - la figure 2 est un ordinogramme du procédé d'invention, - la figure 3 montre une répartition des pilotes en multiplex OFDM,
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- La figure 4 monte une commutation entre une trame d'un service audio sur deux fréquences différentes, - la figure 5 montre les pilotes de remplacement en symboles SDC.
DESCRIPTION ET MODE DE REALISATION
Le système de transmission de radio numérique mondiale DRM pour les bandes de transmission inférieures à 30 Megahertz utilise une modulation cohérente ; on utilise soit une modulation en quadrature d'amplitude 16 QAM (Quadrator Amplitude Modulation) ou soit 64 QAM en combinaison avec un multiplex à division de fréquences orthogonal OFDM pour atteindre des rendements de transmission élevés. Pour la démodulation cohérente dans le récepteur il faut une évaluation de canal.
L'évaluation de canal détermine la distorsion d'amplitude et de phase du canal de transmission, ici le canal radio. Pour évaluer le ca-
Figure img00030001

nal radio on ajoute au signal dans l'émetteur, des composantes de signal i connues du récepteur appelées ci-après pilotes En cas de procédé incohérent, comme par exemple dans le cas de l'émission numérique audio DAB (Digital Audio Broadcasting), cela n'est pas nécessaire car on exploite la différence des phases entres les symboles successifs.
Le procédé de transmission OFDM est un procédé à chemins multiples avec une durée de symbole prédéterminée et un nombre de porteuses correspondant. Les cellules OFDM sont les compostantes de signal avec une durée de symbole sur des porteuses différentes alors qu'un symbole OFDM est composé de la somme des cellules OFDM pour la durée du symbole. L'invention propose un procédé de démodulation cohérente de signaux radio selon lequel on effectue une comparaison à des symboles OFDM connus si l'on est en présence d'une commutation de fréquences pour un même service audio, pour générer des pilotes de remplacement et compenser ainsi la perte des pilotes qui ne peuvent être reçus à cause des différences de temps de parcours. Ces pilotes de remplacement permettent une évaluation de canal pour tous les symboles OFDM, ce qui améliore le taux d'erreurs de bit et ainsi la qualité audio.
La démodulation cohérente désigne la démodulation à l'aide d'une porteuse à fréquence et phase correctes.
La figure 3 montre un extrait d'un signal OFDM dans le plan temps/fréquences. En abscisses on a la fréquence et en ordonnées le temps. Chaque cercle correspond à une cellule OFDM. Dans la direction des abscisses on a indiqué les numéros des porteuses ODFM. Cet extrait du signal OFDM montre ici à titre d'exemple, seize porteuses OFDM.
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L'intervalle de fréquence entre deux porteuses correspond à AF comme le montre la figure 3. Dans la direction des ordonnées, on a représenté les numéros des symboles OFDM ; le premier symbole porte le numéro 6. La figure montre 3 montre treize symboles OFDM successifs ; chaque cercle rempli de noir représente une cellule OFDM à phase constante et amplitude connue et ainsi utilisable comme pilote. Les cercles blancs correspondent à des cellules à modulation RDM servant la transmission de données et au canal de service principal MSC (Main Service Channel). Ces données sont des données multimédia ou des données audio. Les cercles remplis de gris correspondent aux cellules OFDM modulées qui servent à la transmission des données de SDC (canal de description service) transmettant les données supplémentaires. Ces données supplémentaires ne contiennent pas de données audio comme dans le système MSC mais des informations multiplex.
Les pilotes permettent une détection de la fonction de transmission du canal. La fonction de transmission du canal caractérise le canal radio. La détection (ou infra-détection) signifie ici que l'on ne traite pas tous les points de la fonction de transmission de canal directement par les pilotes. Ce résultat s'obtient ensuite par interpolation. Ici on détermine également l'influence du canal radio sur les cellules de données OFDM.
De tels filtres à interpolation sont normalement utilisés d'une manière monodimensionnelle dans le sens du temps et de la fréquence car cela se traduit par un volume de calcul beaucoup plus faible que par exemple pour un filtre bi-dimensionnelle. Dans le schéma représenté à la figure 3, on interpole tout d'abord les porteuses 0,2, 4... K dans la direction du temps par un certain nombre de pilotes ; ce nombre est ici égal à 3. Par exemple, pour arriver la valeur d'interpolation pour les cellules de données à l'emplacement (0,2) il faut des cellules pilotes en (0,-3), (0,0) et (0,3). En variantes on peut également effectuer l'interpolation avec (0,0), (0,3) (0,6). Pour les indications les cellules on indique d'abord le numéro de la porteuse puis le numéro du symbole. Dans une seconde étape on interpole dans la direction de la fréquence pour obtenir des valeurs évaluées pour les cellules de données des porteuses en 1,3, 5,..., K- I. Ces porteuses ne contiennent pas de pilotes. Pour les numéros pairs de porteuse, on aura les pilotes et pour les numéros impairs de porteuses, il n'y aura pas de pilotes.
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La commutation d'une fréquence alternative dans un service audio est présentée à la figure 4. On règle tout d'abord la fréquence de réception FI qui correspond au service audio actuellement reçu. C'est pourquoi, schématiquement, en partie supérieure, pour la fréquence de réception FI, on a une trame dans laquelle on transmet les données. Au début de la trame on a deux symboles OFDM qui sont les porteuses des informations supplémentaires, c'est-à-dire appartenant à SDC. Le même service audio est reçu également par la fréquence de réception F2. Cette fréquence F2 est connue du récepteur. Elle peut par exemple être contenue dans les données supplémentaires SDC ; il s'agit d'une liste de fréquences alternatives correspondant au programme réglé. Si l'on commute le récepteur sur la fréquence F2 il doit aussi rapidement que possible évaluer le canal de la nouvelle fréquence pour prévoir commencer à décoder le canal.
Comme le montre la figure 4, les deux signaux des fréquences de réception FI, F2 sont toutefois décalés à cause de ces différences de temps de parcours entre les émetteurs et le récepteur. La différence de temps de parcours est déterminée par le récepteur au préalable par la comparaison du début des trames. Mais on peut également envisager d'autres procédés. L'instant de la commutation passant de la fréquence FI à la fréquence F2 est indiqué ici par une flèche. La commutation se fait pendant un symbole SDC car les symboles SDC ne contiennent pas de données nécessaires au décodage du service audio et il n'est pas toujours nécessaire de les décoder. Les symboles SDC se trouvent comme présentés, chaque fois au début d'une trame après par exemple 75 symboles OFDM.
La figure 4 montre qu'un récepteur commutant de la fréquence FI à la fréquence F2 ne peut recevoir complètement les symboles SDC à cause des différences de temps de parcours. Cela se répercute sur l'évaluation du canal. Pour cela il faut revenir à la figure 3. La figure 3 montre au milieu du schéma, les cellules OFDM qui remplissent les symboles SDC. Comme les symboles SDC contiennent également des pilotes et lorsque les symboles SDC ne sont pas reçus on perd les pilotes, qui manquent alors pour l'évaluation du canal.
Selon la figure 3, la cellule OFDM de coordonnées (0,2) et la première cellule SDC de coordonnées (0,0) ne permettent pas la réception car en (0,0) on ne dispose pas du pilote pour l'évaluation du canal et pour la cellule OFDM de coordonnées (0,2) on ne dispose pas d'évaluation
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de canal. Cela peut entraîner un taux d'erreurs de bit plus important et ainsi une détérioration de la qualité de la réception audio. Selon l'invention, le récepteur utilise alors la cellule SDC qui reste, pour évaluer le canal. Pendant une durée fixe, c'est-à-dire plusieurs trames de transmission, les symboles SDC au début de la trame ont le même contenu de données et cela pour les deux fréquences FI, F2. Si le récepteur reçoit des symboles SDC sur la fréquence FI et qu'il commute sur la fréquence F2, il connaît ensuite les données SDC. Il mémorise ces données SDC reçues à la fréquence FI et il génère lui-même les symboles SDC comme le ferait un émetteur. Ainsi avec les données SDC connues, le récepteur effectue d'abord un codage de canal ; puis il effectue une modulation appropriée et enfin une association de cellule OFDM. Le calcul doit être aussi précis que celui effectué dans l'émetteur. Après la commutation sur une fréquence alternative, le récepteur reçoit un ou les deux symboles SDC à la fréquence F2. En comparant les symboles SDC reçus et mémorisés, on peut calculer la fonction transfert de canal et cela par un simple rapport. Ainsi le récepteur reçoit une fréquence pilote au début de la trame de transmission pour la fréquence de réception F2. Puis, le récepteur peut effectuer une interpolation dans le temps pour toutes les cellules OFDM sur la fréquence concernée et ensuite faire une interpolation de la fréquence pour évaluer le canal OFDM.
La figure 5 montre comment les cellules pilotes de remplacement sont ajoutées pour l'évaluation du canal car le premier symbole SDC n'a pu être reçu. On voit que pour les numéros de porteuses 0,6, 12 on a publié chaque fois des fréquences pilotes de remplacement par une croix dans le cercle, pour faire une interpolation sur ces supports dans le sens du temps.
La figure 1 montre un schéma par bloc du récepteur sans l'invention. Une antenne 1 est reliée à l'entrée d'un récepteur haute fréquence 2. L'antenne 1 reçoit les signaux radio pour les filtrer, les amplifier et les convertir en une fréquence intermédiaire dans le récepteur haute fréquence 2. Ensuite on effectue la démodulation FDM. Le flux de signaux ainsi obtenu est alors transmis à une partie numérique 3 qui effectue la numérisation pour permettre d'effectuer ensuite la démodulation et le codage de canal et le cas échéant le décodage de la source d'engin processeur 4. Une sortie de données de la partie numérique 3 est ainsi reliée à une entrée de données du processeur 4. Le processeur 4 effectue la démodulation cohérente de la modulation d'amplitude en quadrature, pour en-
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suite décoder le canal à l'aide des signaux démodulés. Avant la démodulation, le processeur 4 effectue une évaluation de canal ; le processeur 4 utilise pour cela les pilotes présentés aux figures 3 à 5. Pour les cellules de données en FDM, le processeur 4 effectue l'interpolation dans le sens du temps et de la fréquence.
Dans une mémoire 8 reliée à l'entrée/sortie de données, le processeur 4 mémorise les données SDC évoquées précédemment pour une éventuelle commutation de fréquence alternative. Si maintenant le processeur 4 constate que tous les symboles SDC en cas de commutation de fréquence alternative ne permettaient pas une meilleure réception, alors le processeur 4 utilise les symboles SDC mémorisés pour générer chaque fois des pilotes de remplacement. Pour cela il compare les symboles SDC enregistrés au quotient actuel, reçu et forme un quotient pour calculer la fonction de transfert de canal radio et obtenir ainsi une évaluation de canal. Puis le processeur 4 peut effectuer une interpolation dans le sens du temps et de la fréquence pour les données reçues sur la fréquence alternative.
Le processeur 4 transmet alors les données de décodage de canal s'il s'agit de données audio, à un décodeur de source 7 qui est soit directement un processeur soit un algorithme réalisé par un circuit. Le décodeur de source 7 est alors relié à un convertisseur numérique/analogique 9 qui fournit de nouveau des signaux analogiques à un amplificateur audio 10 : l'amplificateur audio 10 est relié à un hautparleur 11 qui reproduit finalement les signaux audio.
Une seconde sortie de données relie le processeur 4 à un moyen de traitement de signal 5 pour reproduire les données multimédia c'est-à-dire du texte, de l'image, des données graphiques, sur un moyen d'affichage 6 relié à la sortie de données du moyen de traitement 5.
La figure 2 montre le procédé selon l'invention de démodulation cohérente de signaux radio sous la forme d'un ordinogramme. Dans l'étape 12 du procédé on reçoit les signaux radio avec une antenne 1 pour les filtrer, les amplifier et les convertir en une fréquence intermédiaire par le récepteur haute fréquence 2 et effectuer une démodulation OFDM des signaux reçus.
Dans l'étape 13 du procédé on numérise le flux de signaux ainsi obtenu. Dans l'étape de procédé 14, à l'aide des pilotes contenus dans le flux du signal on fait une évaluation de canal comme celle présentée ci-dessus. On peut alors dans l'étape de procédé 14, effectuer la
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démodulation cohérente et dans l'étape de procédé 15, le décodage de canal. Dans l'étape de procédé 16 on mémorise de façon intermédiaire les symboles SDC. Dans l'étape 17, on décide si l'on veut commuter sur une fréquence alternative. Cela se détermine à l'aide des paramètres du signal qui ont été déterminés pour les deux fréquences, celle actuellement réglée et la fréquence alternative. De tels paramètres de signal sont par exemple l'intensité du champ reçu ou un taux d'erreurs de bit. La détermination de signaux de paramètre se fait par exemple pendant une partie ou toute la trame de transmission. La perte d'une trame de transmission peut être compensée par les procédés de codage de canal c'est-à-dire de correction d'erreurs ou de compensation d'erreurs ou de voilage d'erreurs. Sans que cela n'entraîne une détérioration significative de la qualité audio.
Si dans l'étape 17 on constate qu'il faut commuter sur une fréquence alternative, alors on vérifie dans l'étape 18 si tous les symboles SDC ont été reçus. Si cela est le cas, dans l'étape 19 on évalue le canal pour la fréquence F2. Si cela n'est pas le cas, dans l'étape 24 on crée comme décrit ci-dessus des pilotes de remplacement pour les porteuses prévues à l'aide des données SDC pour alors, dans l'étape 19, pouvoir faire les évaluations correspondantes des canaux.
Si dans l'étape 17, on constate qu'il n'est pas nécessaire de commuter sur une fréquence alternative, on vérifie alors dans l'étape 20, si pour les données décodées de canal il s'agit de données audio ou d'autres données multimédia. S'il s'agit de telles données multimédia, alors dans l'étape 21 du procédé on reproduit avec le moyen d'affichage 6.
S'il ne s'agit pas de données multimédia, il s'agit de données audio et celles-ci sont fournies selon l'étape 22 au décodeur de source 7 pour être ensuite être transformée en données audio à l'aide du décodeur source et des signaux analogiques, avec amplificateur et finalement reproduction acoustique par le haut-parleur 11.

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS 1 ) Procédé de démodulation cohérente de signaux radio selon lequel on reçoit les signaux radio en multiplex de fréquences orthogonales (OFDM) avec des symboles OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), on subdivise les symboles OFDM en trames, dont une première partie des symboles OFDM d'une trame sert à la transmission de données supplémentaires et une seconde partie est utilisée pour la transmission de données utiles, avec dans la première partie et dans la seconde partie des pilotes pour effectuer cette évaluation de canal servant à la démodulation cohérente de signaux radio, caractérisé en ce que du côté de la réception, on mémorise de façon intermédiaire comme données de comparaison, la première partie des symboles OFDM, après une commutation de fréquence du côté de la réception sur une fréquence alternative d'un service audio choisi, on compare les données de comparaison et la première partie des symboles OFDM reçus sur la fréquence alternative pour générer des pilotes, de remplacement, et on interpole les pilotes de remplacement et des pilotes reçus sur la fréquence alternative pour effectuer une évaluation de canal.
    2 ) Procédé de démodulation selon revendication 1, caractérisé en ce que on décode les symboles OFDM de la première partie, on les mémorise de façon intermédiaire et on les'code de nouveau pour les utiliser comme des données de comparaison.
    3 ) Procédé de démodulation selon revendication 1, caractérisé en ce que on ajoute les pilotes de remplacement à des porteuses OFDM prédéterminées, en effectuant pour les porteuses l'interpolation dans la direction du temps.
    4 ) Procédé de démodulation selon revendication 1, caractérisé en ce que partant de l'interpolation dans le sens du temps on effectue une interpolation dans le sens de la fréquence.
    5 ) Procédé de démodulation selon revendication 1,
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    caractérisé en ce que en cas de commutation de retour à partir de la fréquence alternative on génère des pilotes de remplacement.
    6 ) Récepteur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu' il comporte un démodulateur (4) pour la démodulation cohérente, un processeur (4) pour générer les pilotes de remplacement et une mémoire (8) pour enregistrer de façon intermédiaire les données de comparaison.
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