FR2921495A1 - Systeme de communication mobile et procede de mesure de distance d'un tel systeme - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système de communication mobile utilisant un procédé de mesure de distance et comprenant des premier et second noeuds (100, 200) pourvus d'émetteurs (120, 200) et de récepteurs (140, 240), de synthétiseurs (130, 230) de signaux internes, et de circuits numériques (110, 210). Une fréquence de battement est calculée par le circuit numérique (210) du second noeud (200) en comparant le signal de mesure de distance au signal interne et en évaluant un laps de temps allant de la réception du signal de mesure de distance jusqu'à la détection de la réception du signal de mesure de distance en utilisant la fréquence de battement.Domaine d'application : Téléphones cellulaires, assistants numériques personnels, etc.
Description
L'invention concerne des systèmes de communications mobiles et des procédés de mesure de distance pour de tels systèmes. Des dispositifs de communications mobiles, tels que des téléphones cellulaires ou des assistants numériques personnels, permettent à des utilisateurs ou à des abonnés de se connecter sans fil avec un réseau de communications. En plus de capacités de communications vocales ou de données, on peut équiper les dispositifs de communications mobiles de fonctions supplémentaires telles qu'une réception pour une diffusion d'informations multimédia numériques (DMB pour "digital multimedia broadcasting"), une localisation et autres. La localisation (c'est-à-dire la détermination de l'emplacement où se trouve un dispositif de communication mobile) peut être utilisée dans diverses applications. Par exemple, la localisation peut être utilisée dans des cas où des personnes (y compris des criminels) manquent. Pour une localisation précise, les distances sont mesurées avec une haute fidélité. Il existe plusieurs techniques connues de mesure de distance, dont certaines utilisent, par exemple, des modes à niveau de signal reçu (RSS pour "Received-Signal Strength") et à temps d'arrivée (TOA pour "Time-Of-Arrivai"). Dans le mode RSS, on détermine une distance d'après le niveau (ou la quantité d'énergie) d'un signal reçu qui revient par réflexion d'un objet. Par exemple, si le niveau du signal reçu est élevé, l'objet est détecté comme étant proche du site de réception, et si le signal reçu est faible, l'objet est détecté comme en étant éloigné. Dans le mode TOA, on obtient une distance à partir d'un temps d'arrivée d'un signal reçu qui revient par réflexion d'un objet. Par exemple, un temps d'arrivée relativement court indique que l'objet est proche du site de réception, alors qu'un temps d'arrivée relativement plus long indique que l'objet en est éloigné. En général, le mode TOA procure une plus haute précision de localisation ou de mesure de distance que le mode RSS.
Des normes générales concernant des réseaux locaux sans fil comprennent un réseau local sans fil (WLAN pour "wireless local area network"), Bluetooth et ZigBee, par exemple. Ces normes de communication sans fil ne sont généralement pas adaptées au mode TOA car elles ont un taux de résolution faible dans le domaine temporel. On entend par résolution temporelle la taille minimale d'un signal pouvant être distinguée dans le domaine temporel. Pour cette raison, la plupart des normes pour une communication sans fil adoptent le mode RSS. Cependant, comme mentionné précédemment, le mode RSS est inférieur au mode TOA au niveau de la précision. En outre, en général, les normes de communication sans fil ne sont pas ajustées pour convenir à une mesure de distance de communication avec une haute précision ou aptitude à la résolution. Il existe donc un besoin portant sur une technique capable de fournir une mesure de distance d'une grande précision. Un exemple de forme de réalisation de l'invention est un système de communication mobile comportant des premier et second noeuds. Le premier nœud comporte un premier émetteur et un premier récepteur. Le second noeud est constitué de : un second récepteur recevant un signal de mesure de distance provenant du premier émetteur ; un synthétiseur de fréquence générant un signal interne en réponse à une détection de la réception du signal de mesure de distance ; un circuit numérique calculant une fréquence de battement en comparant le signal de mesure de distance a signal interne et en évaluant un laps de temps allant de la réception du signal de mesure de distance jusqu'à la détection de la réception du signal de mesure de distance en utilisant la fréquence de battement, le laps de temps faisant partie d'un temps de réponse du second noeud ; et un second émetteur fournissant au premier récepteur le signal de mesure de distance qui comprend le temps de réponse du second noeud.
Le premier noeud comprend un circuit numérique évaluant une distance entre les premier et second noeuds en utilisant un temps d'aller et retour du signal de mesure de distance. Le temps d'aller et retour est une somme d'un temps qu'il faut au second noeud pour recevoir le signal de mesure de distance provenant du premier noeud, d'un temps qu'il faut au premier noeud pour recevoir le signal de mesure de distance provenant du second noeud et du temps de réponse du second noeud.
Le temps de réponse est un temps s'écoulant jusqu'à ce que le signal de mesure de distance soit émis vers le premier récepteur après la réception du signal de mesure de distance au second noeud. Le temps de réponse est une somme du laps de temps allant de la réception du signal de mesure de distance émis depuis le premier émetteur jusqu'à la détection de la réception du signal de mesure de distance au second nœud et d'un laps de temps allant de la détection de la réception du signal de mesure de distance au second noeud jusqu'à l'émission du signal de mesure de distance vers le premier récepteur. Le signal interne est généré dans un mode à modulation de fréquence linéaire par le synthétiseur de fréquence du second noeud. La fréquence de battement est proportionnelle au laps de temps allant de la réception du signal de mesure de distance émis depuis le premier émetteur jusqu'à la détection de la réception du signal de mesure de distance au second nœud. Le synthétiseur de fréquence comprend : un générateur à modulation de fréquence linéaire générant un signal de modulation de fréquence linéaire ; et un oscillateur générant le signal interne en réponse à un signal de sortie du générateur à modulation de fréquence linéaire. Un exemple de forme de réalisation de l'invention est un procédé de mesure de distance d'un système de communication mobile. Le procédé de mesure de distance comprend : l'émission d'un signal de mesure de distance depuis un premier noeud vers un second noeud, la génération d'un signal interne dans le second nœud en réponse à une détection d'une réception du signal de mesure de distance ; le calcul d'une fréquence de battement en comparant le signal de mesure de distance au signal interne et en évaluant un laps de temps allant de la réception du signal de mesure de distance jusqu'à la détection de la réception du signal de mesure de distance en utilisant la fréquence de battement, le laps de temps faisant partie d'un temps de réponse du second noeud ; et la fourniture au premier nœud du signal de mesure de distance qui comprend le temps de réponse du second nœud. Le procédé comprend en outre l'évaluation d'une distance entre les premier et second nœuds en utilisant un temps d'aller et retour du signal de mesure de distance. Le temps d'aller et retour est une somme d'un temps qu'il faut au second nœud pour recevoir le signal de mesure de distance provenant du premier nœud, d'un temps qu'il faut au premier nœud pour recevoir le signal de mesure de distance provenant du second nœud et du temps de réponse du second nœud. Le temps de réponse est un laps de temps s'écoulant avant que le signal de mesure de distance soit émis vers le premier nœud après la réception du signal de mesure de distance au second nœud. Le temps de réponse est une somme du laps de temps allant de la réception du signal de mesure de distance émis depuis le premier nœud jusqu'à la détection de la réception du signal de mesure de distance au second nœud et d'un laps de temps allant de la détection de la réception du signal de mesure de distance au second nœud jusqu'à la transmission du signal de mesure de distance au premier nœud. Le signal interne est généré dans un mode à modulation de fréquence linéaire par un synthétiseur de fréquence du 35 second nœud.
La fréquence de battement est proportionnelle au laps de temps allant de la réception du signal de mesure de distance émis depuis le premier noeud jusqu'à la détection de la réception du signal de mesure de distance au second nœud. Le signal interne est généré en générant un signal de modulation de fréquence linéaire dans un générateur à modulation de fréquence linéaire d'un synthétiseur de fréquence du second noeud, et en générant le signal interne en réponse à un signal de sortie du générateur à modulation de fréquence linéaire. Un exemple de forme de réalisation de l'invention est un procédé de mesure de distance d'un système de communication mobile, qui comprend : l'émission d'un premier paquet, qui comprend un signal de modulation de fréquence basse, depuis un premier noeud vers un second nœud ; la génération d'un signal de modulation de fréquence basse dans le second nœud en réponse à une détection de la réception du premier paquet ; le calcul d'une fréquence de battement en comparant le signal de modulation de fréquence basse du premier paquet au signal de modulation de fréquence basse du second noeud ; une mesure d'un laps de temps allant de la réception du premier paquet jusqu'à la détection de la réception du premier paquet en utilisant la fréquence de battement, le laps de temps faisant partie d'un temps de réponse du second nœud ; et la transmission, du second nœud au premier nœud, d'un second paquet qui comprend le temps de réponse du second nœud. Le premier paquet comprend en outre un bit de sélection qui indique que le premier paquet est établi pour fonctionner 30 dans un mode de mesure de distance. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels : la figure 1 est un schéma fonctionnel simplifié d'un 35 procédé de mesure de distance dans un mode de mesure de distance bidirectionnelle bilatérale, symétrique (SDS-TWR pour "Symmetrical Double-Sided Two-Way Ranging") ; les figures 2A et 2B sont des schémas fonctionnels simplifiés d'un procédé de mesure de distance dans le mode SDS-TWR selon une norme de réseau local sans fil général (WLAN pour "wireless Local Area Network") ; les figures 3A et 3B sont des schémas montrant une mesure de temps théorique à haute résolution dans un mode à modulation de fréquence linéaire (LFM pour "linear frequency modulation") ; la figure 4 est un schéma fonctionnel simplifié d'un système de communication mobile selon un exemple de forme de réalisation de l'invention ; la figure 5 est un schéma détaillé d'un nœud A représenté 15 sur la figure 4 selon un exemple de forme de réalisation de l'invention ; la figure 6 montre un routage fonctionnel d'une unité de mesure de distance selon un exemple de forme de réalisation de l'invention dans un mode normal ; 20 la figure 7 illustre un routage fonctionnel d'une unité de mesure de distance selon un exemple de forme de réalisation de l'invention dans un mode de mesure de distance ; les figures 8A et 8B sont des schémas simplifiés montrant des structures de paquets de données selon un exemple de 25 forme de réalisation de l'invention ; et les figures 9A et 9B sont des schémas fonctionnels simplifiés d'un procédé de mesure de distance selon un exemple de forme de réalisation de l'invention. On décrira maintenant de façon plus complète des exemples 30 de formes de réalisation de l'invention en se référant aux dessins d'accompagnement. Cependant, la présente invention peut être matérialisée sous de nombreuses formes différentes et n'entend pas être limitée aux formes de réalisation présentées ici. Les mêmes références numériques désignent 35 les mêmes éléments sur tous les dessins d'accompagnement.
Dans une mesure d'une distance menant à un dispositif de communication mobile, on utilise généralement un mode de mesure de distance bidirectionnelle, bilatérale, symétrique (SDS-TWR). Dans le mode SDS-TWR, une distance (ou un intervalle) entre deux nœuds est calculée au moyen de la technique de temps d'arrivée (TOA). En d'autres termes, une distance entre deux noeuds est obtenue en mesurant un temps d'aller et retour (Trdnd pour "round-trip time") pour l'émission et la réception d'un signal (à savoir un signal de mesure de distance). La figure 1 montre un procédé de mesure de distance dans un mode SDS-TWR. En référence à la figure 1, dans le mode SDS-TWR, on mesure une distance en émettant et recevant un paquet (comprenant un signal de mesure de distance) entre deux noeuds A et B. Dans les exemples de formes de réalisation de l'invention, les noeuds indiquent des dispositifs ou terminaux de communications mobiles, mais ne sont pas limités à ceux-ci. Par exemple, les nœuds peuvent indiquer une station de base.
Comme illustré sur la figure 1, un temps de propagation TprpA est défini en tant que temps pour transférer un paquet du noeud A au noeud B. Un temps de propagation TprpB est défini comme étant un temps pour transférer un paquet du noeud B au noeud A. Un paquet est transféré entre eux à la vitesse de la lumière, et la distance entre les noeuds est donc proportionnelle au temps de propagation. L'équation 1 définit de façon générale une relation entre un temps de propagation et une distance entre des noeuds. [Equation 1] d = Tprp*c Dans l'équation 1, Tprp est un temps de propagation, d est une distance entre les noeuds et c est la vitesse de la lumière. La distance entre les noeuds, d, peut donc être évaluée correctement d'après une valeur précise du temps de propagation Tprp.
Comme montré sur la figure 1, le nœud A transmet un paquet au noeud B. Le noeud A reçoit un paquet qui est émis depuis le noeud B. Le nœud A est donc apte à trouver un temps TrndA s'écoulant avant le retour à ce nœud d'un paquet transmis. Le temps TrndA est appelé temps d'aller et retour. Le temps d'aller et retour TrndA est une somme des temps de propagation TprpA et TprpB et d'un temps de réponse TrepB. Le temps de réponse TrepB désigne un temps allant de la réception à l'émission d'un paquet par le noeud B. Le temps de propagation Tprp est obtenu en soustrayant le temps de réponse TrepB du temps d'aller et retour TrendA. On suppose ici que le temps de propagation TprpA est égal au temps de propagation TprpB (c'est-à-dire TprpA = TprpB = Tprp). Une valeur du temps de propagation Tprp est donnée par [Equation 2] TrndA - TrepB 2 Dans l'équation 2, Tprp désigne un temps de propagation, TrdnA désigne un temps d'aller et retour du nœud A, et TrepB désigne un temps de réponse du noeud B. Le temps d'aller et retour TrndA peut être évalué correctement par le noeud A. Par conséquent, le temps de propagation Tprp peut être obtenu correctement à partir d'une évaluation précise du temps de réponse TrepB. Le temps de réponse TrepB est trouvé par le noeud B. En outre, de la même manière, le temps d'aller et retour TrndB peut également être évalué par le noeud B. Une moyenne des temps d'aller et retour TrndA et TrndB, évalués par les noeuds A et B, contribue à réduire une erreur de mesure de distance dans un système de communication mobile. Cependant, on décrira les exemples de formes de réalisation de l'invention en considérant uniquement l'évaluation du temps d'aller et retour TrndA, pour plus de commodité. Dans le mode SDS-TWR, une évaluation précise du temps est exécutée pour mesurer correctement une distance de communication. Etant donné que les signaux émis conformément aux normes de réseaux locaux sans fil généraux (WLAN) ont des bandes passantes de fréquence basse, ceci entraîne une Tprp = faible résolution temporelle et donc engendre une erreur de distance allant de plusieurs mètres à plusieurs dizaines de mètres. Comme mentionné précédemment, le mode SDS-TWR fonctionne de façon à accroître la précision de la mesure de distance par une résolution temporelle. Par exemple, une erreur de temps de 1 ns (1 GHz) provoque une erreur de distance de 30 cm. Une erreur de temps de 10 ns (100 GHz) provoque une erreur de distance de 3 m. On peut faire appel à la règle de limite inférieure de Cramer-Rao (CRLB pour "Cramer-Rao Lower Bound") pour définir l'erreur de mesure de distance, comme indiqué dans l'équation 3. [Equation 3] Var(d) c Zez-NISNRfl Dans l'équation 3, d est une distance entre deux noeuds, c est la vitesse de la lumière, SNR est un rapport signal-bruit, et fl est une largeur de bande. En référence à l'équation 3, en supposant que le rapport SNR est constant, une plus grande largeur de bande fl contribue à augmenter la précision de la mesure d'une distance entre deux noeuds.
Cependant, une largeur de bande de la norme WLAN générale est relativement faible. Par exemple, un réseau WLAN fonctionne à 22 MHz, Bluetooth fonctionne à 1 MHz, et ZigBee fonctionne à 2 MHz. En conséquence, la norme WLAN générale ne mesure pas de façon précise une distance entre deux nœuds avec une haute résolution. Les figures 2A et 2B montrent un procédé de mesure de distance dans le mode SDS-TWR dans une norme WLAN générale. La figure 2A illustre un schéma d'ensemble d'une mesure de distance dans le mode SDS-TWR. La figure 2B montre des détails de la partie encadrée en traits discontinus de la figure 2A. Comme mentionné précédemment, une évaluation correcte du temps de réponse TrepB est obtenue en mesurant avec précision une distance entre deux nœuds dans un environnement de communication mobile ou sans fil. En référence à la figure 2B, le temps de réponse TrepB est une somme de Trepl et Trep2. Trepl est défini comme un temps s'écoulant depuis une arrivée jusqu'à une réponse de l'arrivée par le nœud B. Comme montré sur la figure 2B, alors qu'un paquet arrive au noeud B à un instant tl, le noeud B détecte l'arrivée du paquet à un instant t2 en réponse à un flanc montant d'une horloge interne dans le nœud B. Ainsi, Trepl peut ne pas être évalué correctement car le paquet ne fonctionne pas en synchronisme avec l'horloge interne du nœud B. Par ailleurs, Trep2 est défini comme un temps s'écoulant depuis l'instant de réponse d'arrivé du paquet t2 au noeud B jusqu'à un temps d'émission de paquets t3 vers le noeud A. Trep2 peut être évalué correctement car il fonctionne en synchronisme avec l'horloge interne du nœud B. Par conséquence, on doit trouver une valeur correcte de Trepl pour obtenir une valeur précise du temps de réponse TrepB. Dans les exemples de formes de réalisation de l'invention, une valeur précise de Trepl est obtenue dans un mode à modulation de fréquence linéaire (LFM). Une mesure de temps théorique à haute résolution dans le mode LFM sera décrite en référence à la figure 3. Les figures 3A et 3B montrent une mesure de temps à haute résolution, théorique, dans un mode LFM. Le mode LFM est utilisé par un radar à onde entretenue modulée en fréquence (FMCW pour "Frequency Modulated Continous Wave"), par exemple. Sur la figure 3A, la ligne en trait plein désigne un signal émis tandis que la ligne en traits tiretés désigne un signal reçu qui est réfléchi ou dispersé à partir d'objets. Une fréquence de battement fb est représentée sur la figure 3B. Il est bien connu que la fréquence de battement fb est proportionnelle à la distance entre deux nœuds. Il est donc possible d'obtenir avec précision une distance entre deux noeuds en mesurant correctement la fréquence de battement fb. Etant donné que la fréquence de battement fb peut être évaluée correctement même une faible largeur de bande de fréquence, la fréquence de battement élevé peut être appliquée à une norme générale de communication mobile.
La figure 4 est un schéma fonctionnel simplifié d'un système de communication mobile selon un exemple de forme de réalisation de l'invention. Chaque noeud 100 ou 200 (c'est-à-dire le nœud A ou B) est constitué d'un circuit numérique 110 ou 210, d'un émetteur (TX) 120 ou 220, d'un synthétiseur de fréquence 130 ou 230, et d'un récepteur 140 ou 240. Comme mentionné précédemment, un temps d'aller et retour d'un signal est mesuré pour évaluer une distance entre les noeuds 100 et 200 (c'est-à-dire entre les noeuds A et B). Sur la figure 4, les flèches désignent les sens de circulation de signaux. Un signal délivré en sortie de l'émetteur 120 du nœud A arrive au récepteur 240 du nœud B après le temps de propagation TprpA. Le nœud B transfère le signal à travers l'émetteur 220 après le temps de réponse TrepB. Le signal provenant de l'émetteur 220 du noeud B arrive au récepteur 140 du noeud A. Un temps d'aller et retour du signal résulte alors d'une sommation des temps de propagation TprpA et TprpB et du temps de réponse TrepB.
La figure 5 est un schéma détaillé du noeud A (ou 100) montré sur la figure 4 selon un exemple de forme de réalisation de l'invention. Etant donné que les nœuds A et B (100 ou 200) sont similaires entre eux au niveau de l'architecture, seul le noeud A (c'est-à-dire 100) sera décrit dans un souci de brièveté. En référence à la figure 5, le circuit numérique 110 est constitué d'un modulateur 111, d'un démodulateur 112 et d'un calculateur 113. Le modulateur 111 délivre en sortie des signaux I et Q. L'émetteur 120 comprend des convertisseurs numérique/analogique (CNA) 12la et 121b, des filtres 122a et 122b, des mélangeurs 123a et 123b, un premier sélecteur 124 et un amplificateur de puissance (AP) 125. Les CNA 121a et 121b fonctionnent de façon à convertir des signaux numériques en signaux analogiques. Les filtres 122a et 122b sélectionnent une plage de fréquences qui comprend un signal d'émission. Le mélangeur 123a synthétise un signal de sortie d'un oscillateur commandé en tension (VCO) 132 avec un signal qui est passé à travers le filtre 122a. Le mélangeur 123b synthétise un signal, qui est passé à travers le filtre 122b, avec un signal dont la phase est décalée de 90° par rapport à celle d'un signal de sortie du VCO 132. Le premier sélecteur 124 fonctionne de façon à connecter sélectivement des sorties des mélangeurs 123a et 123b ou une sortie du VCO 132 à l'amplificateur de puissance 125. Ce dernier fonctionne de façon à amplifier et transmettre un signal de sortie du premier sélecteur 124 à une antenne. Le synthétiseur de fréquence 130 comprend un générateur LFM 131, l'oscillateur VCO 132 et un déphaseur 133. Le générateur LFM 131 fonctionne de façon à générer une onde triangulaire pour attaquer l'oscillateur VCO 132. Alors que le générateur LFM 131 est matérialisé comme générant une onde triangulaire, l'invention peut ne pas être limitée à celui-ci. L'oscillateur VCO 132 génère un signal d'oscillation en réponse à un signal de sortie du générateur LFM 131. Le déphaseur 133 fonctionne de façon à décaler de 90° une phase du signal d'oscillation. Le signal d'oscillation dont la phase est décalée est transféré aux mélangeurs 123b et 144a, respectivement vers l'émetteur 120 et le récepteur 140. Le récepteur 140 comprend un second sélecteur 141, des convertisseurs analogique-numérique 142a et 142b, des filtres 143a et 143b, des mélangeurs 144a et 144b et un amplificateur à faible bruit (LNA pour "low noise amplifier") 145. Un signal reçu par l'antenne est amplifié par l'amplificateur LNA 145. Un signal de sortie du LNA 145 est appliqué aux mélangeurs 144a et 144b. Le mélangeur 144b synthétise le signal de sortie du LNA 145 avec un signal de sortie du VCO 132. Le mélangeur 144a synthétise un signal de sortie du LNA 145 avec un signal dont la phase est décalée de 90° par rapport à celle d'un signal de sortie du VCO 132. Les signaux de sortie des filtres 143a et 143b sont appliqués aux convertisseurs CAN 142a et 142b. Les convertisseurs CAN 142a et 142b fonctionnent de façon à convertir des signaux analogiques en signaux numériques. Un signal de sortie du CAN 142a est appliqué au démodulateur 112. Un signal de sortie du CAN 142b est appliqué au démodulateur 112 ou calculateur 113.
La figure 6 illustre un routage fonctionnel d'une unité de mesure de distance selon un exemple de forme de réalisation de l'invention dans un mode normal. On entend par mode normal un mode pour l'exécution d'une émission-réception normale de données. Alors que la figure 6 représente un noeud unique, les deux noeuds 100 et 200 fonctionnent tous deux de façon similaire. En référence à la figure 6, le routage fonctionnel est indiqué par des traits pleins pourvus de flèches. On décrira d'abord une opération consistant à transmettre un paquet du noeud A au noeud B. Les signaux I et Q délivrés en sortie du modulateur 111 passent à travers les convertisseurs CNA 121a et 121b et les filtres I22a et 122b, respectivement. Le signal I est mélangé avec un signal de sortie du VCO 132, tandis que le signal Q est mélangé avec un signal dont la phase est décalée de 90° par rapport à celle du signal de sortie de l'oscillateur VCO 132. Les signaux de sortie des mélangeurs 123a et 123b sont transférés dans l'amplificateur de puissance 125 en passant par le premier sélecteur 124. L'amplificateur de puissance 125 fonctionne de façon à amplifier et transférer un signal à l'antenne. On décrira ensuite une opération consistant à recevoir au noeud B un paquet provenant du nœud A. Un signal reçu par l'intermédiaire de l'antenne est amplifié par le réseau LNA 145. Un signal de sortie du LNA 145 est transféré aux mélangeurs 144a et 144b. Le mélangeur 144b synthétise un signal de sortie de l'oscillateur VCO 132 avec un signal qui est passé à travers le LNA 145. Le mélangeur 144a synthétise un signal, qui est passé à travers le LNA 145, avec un signal dont la phase est décalée de 90° par rapport à celle d'un signal de sortie de l'oscillateur VCO. Les filtres 143a et 143b sélectionnent une plage de fréquences qui contient un signal devant être reçu. Les signaux de sortie des filtres 143a et 143b sont appliqués aux convertisseurs CAN 142a et 142b. Les convertisseurs CAN I42a et 142b convertissent des signaux analogiques en signaux numériques. Un signal de sortie du CAN 142a est appliqué au démodulateur 112. Un signal de sortie du CAN 142b est appliqué au démodulateur 112 conformément à une commande du second sélecteur 141. La figure 7 illustre un routage fonctionnel d'une unité de mesure de distance selon un exemple de forme réalisation de l'invention dans un mode de mesure de distance. Dans le mode de mesure de distance, l'unité de mesure de distance mesure une distance entre les noeuds A et B. En référence à la figure 7, le routage fonctionnel est illustré par des traits pleins. On décrira d'abord une procédure de transmission d'un paquet du noeud A au noeud B. Le générateur LFM 131 fonctionne de façon à générer une onde triangulaire pour attaquer l'oscillateur VCO 132. Alors que le générateur LFM 131 est matérialisé comme générant une onde triangulaire, l'invention peut ne pas être limitée à celui-ci. Par exemple, le générateur LFM 131 peut produire diverses configurations d'ondes. L'oscillateur VCO 132 génère un signal d'oscillation en réponse à un signal de sortie du générateur LFM 131. Le signal d'oscillation est appliqué à l'amplificateur de puissance 125 en passant par le premier sélecteur 124. L'amplificateur de puissance 125 fonctionne de façon à amplifier et transférer un signal à l'antenne. On décrira ensuite une opération consistant à recevoir au noeud B un paquet provenant du noeud A. Le signal reçu par l'intermédiaire de l'antenne est amplifié par le réseau LNA 145.
Un signal de sortie du LNA 145 est transféré aux mélangeurs 144a et 144b. Le mélangeur 144b synthétise un signal de sortie de l'oscillateur VCO 132 avec un signal qui est passé à travers le LNA 145. Le filtre 144b sélectionne une plage de fréquences qui comprend un signal devant être reçu. Le convertisseur CAN 142b convertit des signaux analogiques en signaux numériques. Un signal de sortie du CAN 142b est appliqué au calculateur 113 en passant par le second sélecteur 141. Le calculateur 113 fonctionne de façon à calculer la fréquence de battement fb en référence au signal de sortie du CAN 142b. Comme mentionné précédemment, le temps de réponse Trepl peut être trouvé avec précision, car la fréquence de battement fb est proportionnelle au temps. Par exemple, si la fréquence de battement fb est de 20 MHz, le temps de réponse Trepl peut être de 50 s. Ainsi, en différenciant entre eux des routages fonctionnels des modes d'émission-réception et de mesure de distance, l'unité de mesure de distance est capable d'évaluer correctement une distance entre deux noeuds au moyen d'une modulation de fréquence linéaire LFM. Mais, pour différencier un mode normal d'émission-réception de données du mode de mesure de distance, un paquet contient une information supplémentaire. On décrira une telle structure de paquet en référence aux figures 8A et 8B. Les figures 8A et 8B montrent des structures de paquets de données selon un exemple de forme de réalisation 20 de l'invention. Une structure générale d'un paquet est composée en incluant un préambule, un en-tête et une charge utile. Selon un exemple de forme de réalisation de l'invention, l'en-tête comprend un bit de sélection R. Le bit de sélection R est 25 prévu pour sélectionner l'un des modes normal et de mesure de distance. Comme illustré sur la figure 8A, si le bit de sélection R est "0", le paquet est établi pour fonctionner dans le mode normal. Si le bit de sélection R est "1", comme illustré sur la figure 8B, le paquet est établi pour 30 fonctionner dans le mode de mesure de distance. Les figures 9A et 9B illustrent un procédé de mesure de distance selon un exemple de forme de réalisation de l'invention. En référence à la figure 9A, pour mesurer une distance 35 entre les noeuds A et B, le noeud A émet un paquet, qui comprend le signal LFM, vers le noeud B. Le noeud B reçoit le paquet après le temps de propagation TrpA. La figure 9B montre de façon détaillée la partie entourée d'une ligne tiretée sur la figure 9A. En référence à la figure 9B, le nœud B reçoit le paquet à l'instant tl, mais il détecte l'arrivée du paquet à l'instant t2. Si le bit de sélection R du paquet reçu est "1", le noeud B génère un signal LFM de lui-même. Comme montré sur la figure 9B, il existe un intervalle de Trepl entre un signal LFM, qui est reçu au noeud B, et le signal LFM qui est généré à partir du noeud B.
Pendant ceci, l'intervalle de temps Trepl peut être correctement trouvé d'après la fréquence de battement fb. Le temps Trep2 peut également être trouvé de façon exacte car il se trouve en synchronisme avec son horloge interne. Il en résulte que le nœud B est apte à évaluer le temps de réponse TrepB avec précision. Conformément à un exemple de forme de réalisation de l'invention, un temps d'aller et retour d'un signal est déterminé de façon précise pour mesurer une distance entre deux nœuds. Le temps d'aller et retour du signal est une somme de deux temps de propagation et d'un temps de réponse. Le temps d'aller et retour est établi avec précision par un calcul correct du temps de réponse. Ceci est réalisé en mesurant une fréquence de battement entre deux signaux LFM au noeud recevant le premier le signal. Le temps de réponse est transmis à l'autre noeud et est utilisé pour évaluer le temps d'aller et retour. Dans l'obtention d'un temps d'aller et retour, selon un exemple de forme de réalisation de l'invention, on peut mesurer avec précision une distance menant à un dispositif de communication mobile dans un environnement de communication sans fil. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au système et au procédé décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (18)
1. Système de communication mobile, caractérisé en ce qu'il comporte : des premier et second noeuds (100, 200), le premier nœud comportant : un premier émetteur {120) et un premier récepteur (140), et le second noeud comportant : un second récepteur {240) recevant un signal de mesure de distance provenant du premier émetteur ; un synthétiseur de fréquence (230) générant un signal interne en réponse à une détection de la réception du signal de mesure de distance ; un circuit numérique (210) calculant une fréquence de battement (fb) en comparant le signal de mesure de distance au signal interne et en évaluant un laps de temps allant de la réception du signal de mesure de distance jusqu'à la détection de la réception du signal de mesure de distance en utilisant la fréquence de battement, le laps de temps faisant partie d'un temps de réponse du second noeud ; et un second émetteur (220) fournissant au premier récepteur le signal de mesure de distance qui comprend le temps de réponse du second nœud.
2. Système de communication mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier noeud comporte en outre : un circuit numérique (110) évaluant une distance entre les premier et second noeuds en utilisant un temps d'aller et retour (TrndA) du signal de mesure de distance.
3. Système de communication mobile selon la revendication 2, caractérisé en ce que le temps d'aller et retour est une somme d'un temps qu'il faut au second noeud pour recevoir le signal de mesure de distance provenant du premier nœud, d'un temps qu'il faut au premier noeud pour recevoir le signal de mesure de distance provenant du second noeud, et du temps de réponse du second noeud.
4. Système de communication mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le temps de réponse est un tempss'écoulant jusqu'à ce que le signal de mesure de distance soit transmis au premier récepteur après la réception du signal de mesure de distance au second nœud.
5. Système de communication mobile selon la revendication 4, caractérisé en ce que le temps s'écoulant jusqu'à ce que le signal de mesure de distance soit transmis au premier récepteur après la réception du signal de mesure de distance au second noeud est une somme du laps de temps allant de la réception du signal de mesure de distance émis depuis le premier émetteur jusqu'à la détection de la réception du signal de mesure de distance au second nœud et d'un laps de temps allant de la détection de la réception du signal de mesure de distance au second nœud jusqu'à la transmission du signal de mesure de distance au premier récepteur.
6. Système de communication mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal interne est généré dans un mode à modulation de fréquence linéaire par le synthétiseur de fréquence du second noeud.
7. Système de communication mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence de battement est proportionnelle au laps de temps allant de la réception du signal de mesure de distance émis depuis le premier émetteur jusqu'à la détection de la réception du signal de mesure de distance au second nœud.
8. Système de communication mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le synthétiseur de fréquence comporte : un générateur (131) à modulation de fréquence linéaire générant un signal de modulation de fréquence linéaire ; et un oscillateur (132) générant le signal interne en réponse à un signal de sortie du générateur à modulation de fréquence linéaire.
9. Procédé de mesure de distance d'un système de communication mobile, caractérisé en ce qu'il comprend : la transmission d'un signal de mesure de distance d'un premier noeud {100) à un second noeud (200) ;la génération d'un signal interne dans le second noeud en réponse à une détection d'une réception du signal de mesure de distance ; la calcul d'une fréquence de battement en comparant le signal de mesure de distance au signal interne et en évaluant un laps de temps allant de la réception du signal de mesure de distance jusqu'à la détection de la réception du signal de distance en utilisant la fréquence de battement, le laps de temps faisant partie d'un temps de réponse du second nœud ; et la fourniture au premier nœud du signal de mesure de distance qui comprend le temps de réponse du second noeud.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : l'évaluation d'une distance entre les premier et second nœuds en utilisant un temps d'aller et retour (TrndA) du signal de mesure de distance dans le premier noeud.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le temps d'aller et retour est une somme d'un temps qu'il faut au second noeud pour recevoir le signal de mesure de distance provenant du premier noeud, d'un temps qu'il faut au premier noeud pour recevoir le signal de mesure de distance provenant du second noeud, et du temps de réponse du second noeud.
12. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le temps de réponse est un temps qui s'écoule jusqu'à ce que le signal de mesure de distance soit transmis au premier noeud après la réception du signal de mesure de distance au second noeud.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le temps s'écoulant jusqu'à ce que le signal de mesure de distance soit transmis au premier noeud après la réception du signal de mesure de distance au second nœud est une somme du laps de temps allant de la réception du signal de mesure de distance émis depuis le premier nœ ud jusqu'à la détection de la réception du signal de mesure dedistance au second nœud, et d'un laps de temps allant de la détection de la réception du signal de mesure de distance au second noeud jusqu'à la transmission du signal de mesure de distance au premier nœud.
14. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le signal interne est généré dans un mode à modulation de fréquence linéaire par un synthétiseur de fréquence {230) du second noeud.
15. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la fréquence de battement est proportionnelle au laps de temps allant de la réception du signal de mesure de distance émis depuis le premier noeud jusqu'à la détection de la réception du signal de mesure de distance au second nœud.
16. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le signal interne est généré : en générant un signal de modulation de fréquence linéaire dans un générateur (131) à modulation de fréquence linéaire d'un synthétiseur de fréquence (230) du second noeud ; et en générant le signal interne en réponse à un signal de sortie du générateur à modulation de fréquence linéaire.
17. Procédé de mesure de distance d'un système de communication mobile, caractérisé en ce qu'il comprend : la transmission d'un premier paquet, qui comprend un signal de modulation de fréquence basse, d'un premier noeud (100) à un second noeud {200) ; la génération d'un signal de modulation de fréquence basse dans le second noeud en réponse à une détection d'une 30 réception du premier paquet ; le calcul d'une fréquence de battement (fb) en comparant le signal de modulation de fréquence basse du premier paquet au signal de modulation de fréquence basse du second noeud ; la mesure d'un laps de temps allant de la réception du 35 premier paquet jusqu'à la détection de la réception du premierpaquet en utilisant la fréquence de battement, le laps de temps faisant partie d'un temps de réponse du second nœud ; et la transmission du second noeud au premier noeud d'un second paquet qui comprend le temps de réponse du second noeud.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le premier paquet comprend en outre un bit de sélection (R) qui indique que le premier paquet est établi pour fonctionner dans un mode de mesure de distance.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20110531 |