FR3075526A1 - METHOD AND SYSTEM FOR RECEIVING DIVERSITY - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de réception d'un signal émis par une unité d'émission telle qu'un drone, au moyen d'un récepteur en diversité comprenant au moins deux antennes de réception, chaque antenne recevant une version du signal selon une voie de réception distincte des autres voies de manière à ramener en bande de base chaque signal reçu, le procédé comprenant les étapes suivantes : - démodulation en parallèle des signaux en bande de base de chaque voie de réception de manière à obtenir au moins deux flux de LLR (L1, L2) ; - recombinaison (E2) des flux de LLR afin d'obtenir un flux unique à traiter par une correction codage canal. The invention relates to a method of receiving a signal transmitted by a transmission unit such as a drone, by means of a diversity receiver comprising at least two reception antennas, each antenna receiving a version of the signal according to a reception channel distinct from the other channels so as to bring each received signal back to baseband, the method comprising the following steps: - parallel demodulation of the baseband signals of each reception channel so as to obtain at least two LLR streams (L1, L2); - recombination (E2) of LLR streams in order to obtain a single stream to be processed by channel coding correction.
Description
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET ETAT DE LA TECHNIQUEGENERAL TECHNICAL AREA AND STATE OF THE ART
L’invention concerne le domaine des communications numériques et concerne plus particulièrement les procédés et systèmes de réception en diversité.The invention relates to the field of digital communications and more particularly relates to diversity reception methods and systems.
Et l’invention s’applique plus particulièrement aux communications mises en œuvre dans des systèmes de drones tactiques et plus généralement aux systèmes pour lesquels des entités communicantes nécessitent une forte fiabilité s’agissant des liens de communications.And the invention applies more particularly to communications implemented in tactical drone systems and more generally to systems for which communicating entities require high reliability with regard to communications links.
Un récepteur en diversité comprend classiquement plusieurs antennes de réception espacées suffisamment pour pouvoir recevoir indépendamment les signaux issus d’une même source d’émission.A diversity receiver conventionally comprises several reception antennas spaced sufficiently apart to be able to receive signals from the same emission source independently.
De manière connue, chaque antenne reçoit donc un signal en bande de base et deux solutions peuvent être mises en œuvre.In known manner, each antenna therefore receives a baseband signal and two solutions can be implemented.
La première : on sélectionne le signal reçu qui a la plus forte puissance et il est démodulé pour obtenir des symboles qui après sont décodés au moyen d’un algorithme de Viterbi par exemple.The first: we select the received signal which has the strongest power and it is demodulated to obtain symbols which are then decoded using a Viterbi algorithm for example.
La deuxième : les deux signaux en bande de base sont synchronisés indépendamment puis combinés ensemble. Ensuite, le résultat de la recombinaison est démodulée pour obtenir des symboles qui après sont décodés au moyen d’un algorithme de Viterbi par exemple.The second: the two baseband signals are synchronized independently and then combined together. Then, the result of the recombination is demodulated to obtain symbols which are then decoded using a Viterbi algorithm for example.
Ces deux solutions ne sont pas satisfaisantes.These two solutions are not satisfactory.
En effet, s’agissant de la première, la puissance n’est pas toujours un bon indicateur de qualité du signal surtout dans des cas de propagations contraignantes dans les environnements où des trajets multiples sont présents.Indeed, being the first, the power is not always a good indicator of signal quality especially in cases of constraining propagations in environments where multiple paths are present.
S’agissant de la deuxième, l’utilisation de la recombinaison n’est pas toujours synonyme de gain notamment dans les cas où l’un ou l’autre des deux signaux est très dégradé ce qui impacte très fortement la recombinaison.As regards the second, the use of recombination is not always synonymous with gain, especially in cases where one or the other of the two signals is very degraded, which has a very strong impact on recombination.
PRESENTATION DE L’INVENTIONPRESENTATION OF THE INVENTION
L’invention propose de pallier les inconvénients pré-cités.The invention proposes to overcome the aforementioned drawbacks.
Dans ce qui suit on entend par démodulation d’un signal reçu une suite d’opérations consistant à obtenir, pour chaque symbole, une valeur de LLR (en anglais, « Log-Likelihood Ratio »).In what follows we mean by demodulation of a received signal a series of operations consisting in obtaining, for each symbol, a value of LLR (in English, "Log-Likelihood Ratio").
Cette démodulation est définie comme suit : Filtrage du signal reçu (c’est-àdire suppression du bruit hors-bande) :This demodulation is defined as follows: Filtering of the received signal (i.e. suppression of out-of-band noise):
Synchronisation en fréquence (le cas échéant, correction de l’effet Doppler et de la dérive des boucles à verrouillage de phase),Frequency synchronization (if necessary, correction of the Doppler effect and the drift of phase locked loops),
Synchronisation en temps (détection des symboles à démoduler),Time synchronization (detection of symbols to be demodulated),
- Algorithme de décodage (par exemple : algorithme de Viterbi, comparateur simple,...).- Decoding algorithm (for example: Viterbi algorithm, simple comparator, ...).
Cette dernière étape se base généralement sur des filtres adaptés (Match Filter).This last step is generally based on suitable filters (Match Filter).
L’algorithme de décodage fournit en sortie le logarithme du ratio entre : la probabilité que le symbole décodé corresponde à un 0 binaire et la probabilité que le symbole décodé corresponde à un binaire, en anglais, un LLR.The decoding algorithm outputs the logarithm of the ratio between: the probability that the decoded symbol corresponds to a binary 0 and the probability that the decoded symbol corresponds to a binary, in English, an LLR.
A cet effet, l’invention propose un procédé de réception d’un signal émis par une unité d’émission telle qu’un drone, au moyen d’un récepteur en diversité comprenant au moins deux antennes de réception, chaque antenne recevant une version du signal selon une voie de réception distincte des autres voies de manière à ramener en bande de base chaque signal reçu, le procédé comprenant les étapes suivantes :To this end, the invention provides a method of receiving a signal transmitted by a transmission unit such as a drone, by means of a diversity receiver comprising at least two reception antennas, each antenna receiving a version of the signal according to a reception channel distinct from the other channels so as to bring each received signal back to baseband, the method comprising the following steps:
- démodulation en parallèle des signaux en bande de base de chaque voie de réception de manière à obtenir au moins deux flux de LLR ;- parallel demodulation of the baseband signals of each reception channel so as to obtain at least two LLR streams;
- recombinaison des flux de LLR afin d’obtenir un flux unique à traiter par une correction codage canal.- recombination of LLR streams in order to obtain a single stream to be processed by channel coding correction.
L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :The invention is advantageously supplemented by the following characteristics, taken alone or in any of their technically possible combinations:
la recombinaison comprend une étape de détermination d’un facteur de qualité des flux de LLR ;recombination includes a step of determining a quality factor for LLR fluxes;
la démodulation comprend l’obtention de pluralité de blocs chacun comprenant : un champ PREAMBULE comprenant une pluralité de symboles connus, de type GMSK ; un champ MODE comprenant une suite de symboles codées selon un code correcteur d’erreur, lesdits symboles du champ MODE émis appartenant à une liste de symboles connus du récepteur ; un champ DONNEE comprenant une suite de symboles d’informations, la détermination du facteur de qualité comprenant une étape de décodage des symboles du champ MODE et une étape de calcul de distance avec les symboles connus du récepteur ;the demodulation comprises obtaining a plurality of blocks each comprising: a PREAMBLE field comprising a plurality of known symbols, of the GMSK type; a MODE field comprising a series of symbols coded according to an error correcting code, said symbols of the transmitted MODE field belonging to a list of symbols known to the receiver; a DATA field comprising a series of information symbols, the determination of the quality factor comprising a step of decoding the symbols of the MODE field and a step of calculating distance with the symbols known to the receiver;
le champ MODE comprend 31 symboles issus du codage de 6 bits selon un code correcteur d’erreur BCH ;the MODE field includes 31 symbols resulting from the coding of 6 bits according to a BCH error correcting code;
la recombinaison consiste en une recombinaison linéaire des symboles pondérés par le facteur de qualité de chacun des signaux démodulés ;the recombination consists of a linear recombination of the symbols weighted by the quality factor of each of the demodulated signals;
le procédé comprend une sélection du flux de LLR ayant le facteur de qualité le plus élevé, le flux sélectionné étant destiné à être décodé ;the method comprises selecting the LLR stream having the highest quality factor, the selected stream being intended to be decoded;
la démodulation comprend une étape d’application d’un algorithme de Viterbi fournissant une valeur de LLR par symbole.the demodulation includes a step of applying a Viterbi algorithm providing an LLR value per symbol.
PRESENTATION DES FIGURESPRESENTATION OF THE FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :Other characteristics, objects and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting, and which should be read with reference to the appended drawings in which:
- la figure 1 illustre un système de réception en diversité selon l’invention- Figure 1 illustrates a diversity reception system according to the invention
- la figure 2 illustre des étapes d’un procédé de réception selon l’invention ;- Figure 2 illustrates steps of a reception method according to the invention;
- la figure 3 illustre des sous-étapes d’une étape du procédé selon l’invention ;- Figure 3 illustrates sub-steps of a step of the method according to the invention;
- la figure 4 illustre la structure des données reçues par le récepteur en diversité de l’invention.- Figure 4 illustrates the structure of the data received by the diversity receiver of the invention.
Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques.In all of the figures, similar elements bear identical references.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
On illustre sur la figure 1 exemple de réalisation de l’invention dans le cadre du télépilotage d’un drone 11, 12, I3 d’une escadrille 1 de drones à partir d’un terminal 2 au sol en liaison avec un terminal embarqué (non représenté) du drone « télépiloté ».FIG. 1 illustrates an embodiment of the invention in the context of the remote control of a drone 11, 12, I3 of a squadron 1 of drones from a terminal 2 on the ground in connection with an on-board terminal ( not shown) of the "remotely piloted" drone.
Comme illustré sur la figure 1, le terminal 2 au sol comprend au moins deux antennes 21,22, chacune recevant une version S1, S2 du même signal S émis par un des drones.As illustrated in FIG. 1, the terminal 2 on the ground comprises at least two antennas 21, 22, each receiving a version S1, S2 of the same signal S emitted by one of the drones.
Bien entendu on peut envisager un terminal 2 au sol comprenant un nombre supérieur d’antennes de réception. La contrainte est que les antennes soient séparées afin de bien pouvoir recevoir les signaux sans interdépendance de l’un par rapport à l’autre.Of course, it is possible to envisage a terminal 2 on the ground comprising a greater number of reception antennas. The constraint is that the antennas are separated in order to be able to receive the signals without interdependence of one relative to the other.
En pratique, les antennes de réception sont espacées d’une distance de l’ordre 10 fois la longueur d’onde du signal reçu.In practice, the receiving antennas are spaced a distance of the order of 10 times the wavelength of the received signal.
Les signaux reçus S1, S2 sont traités par une unité de 21 traitement du terminal 2 au sol configurée pour mettre en œuvre des étapes d’un procédé de réception des répliques S1, S2du signal décrit ci-dessous, en relation avec les figures 2 et 3.The signals received S1, S2 are processed by a processing unit of the terminal 2 on the ground configured to implement steps of a method for receiving the replicas S1, S2 of the signal described below, in relation to FIGS. 2 and 3.
On considère que le récepteur en diversité comprend deux antennes 21, 22 et reçoit donc sur chacune de ces deux antennes un signal S issu d’un drone.It is considered that the diversity receiver comprises two antennas 21, 22 and therefore receives on each of these two antennas a signal S from a drone.
Les signaux reçus sont d’abord ramenés en bande de base dans le but d’être démodulés. Les signaux reçus en bande de base sont notés RX1 et RX2. L’obtention des signaux en bande de base est mise en œuvre par un étage radio-fréquence connu et ne sera pas plus décrite ici.The received signals are first brought back to baseband in order to be demodulated. The signals received in baseband are denoted RX1 and RX2. Obtaining baseband signals is implemented by a known radio frequency stage and will not be described further here.
Les composantes en phase et quadrature I, Q des signaux en bande de base RX1, RX2 sont démodulés en parallèle au moyen de deux unités de démodulation 31, 32 fonctionnant en parallèle.The phase and quadrature components I, Q of the baseband signals RX1, RX2 are demodulated in parallel by means of two demodulation units 31, 32 operating in parallel.
Ces deux unités de démodulation 31, 32 effectuent exactement les mêmes opérations sur chacun des signaux en bande de base RX1, RX2 qu’elles reçoivent en entrée.These two demodulation units 31, 32 perform exactly the same operations on each of the baseband signals RX1, RX2 which they receive as input.
La démodulation comprend un filtrage (étape E11) du signal bande de base, suivie d’une égalisation (étape E12) du canal permettant de corriger (étape E13) la phase et la fréquence des signaux reçus.The demodulation comprises a filtering (step E11) of the baseband signal, followed by an equalization (step E12) of the channel making it possible to correct (step E13) the phase and the frequency of the signals received.
Ensuite, une étape de synchronisation (étape E14) est mise en œuvre afin de détecter des blocs de symboles comprenant les données utiles notamment.Then, a synchronization step (step E14) is implemented in order to detect blocks of symbols including the useful data in particular.
Ensuite, un algorithme de Viterbi (étape E15) est appliqué sur les symboles pour extraire un LLR pour chaque bit.Then, a Viterbi algorithm (step E15) is applied to the symbols to extract an LLR for each bit.
Ainsi, en sortie de chaque unité de démodulation on obtient un flux de LLR destiné à être décodé ultérieurement : deux flux L1, L2 sont obtenus en sortie de l’algorithme de Viterbi.Thus, at the output of each demodulation unit there is obtained a stream of LLR intended to be decoded later: two streams L1, L2 are obtained at the output of the Viterbi algorithm.
S’agissant d’un algorithme de Viterbi, les flux de symboles sont des flux de LLR (en anglais, « Log-Likelihood Radio », (LLR) pour rapport de vraisemblance).Being a Viterbi algorithm, the symbol streams are LLR streams (in English, "Log-Likelihood Radio", (LLR) for likelihood ratio).
Ces flux de LLR sont alors recombinés (étape E2) afin d’obtenir un seul flux LLR noté L. Ce flux L est ensuite utilisé par la correction du codage canal (étape E3) tel un algorithme LDPC Soft-Decoding de manière à obtenir un flux de données binaire. A l’issue de l’étape E3 on obtient donc le flux décodé.These LLR streams are then recombined (step E2) in order to obtain a single LLR stream denoted L. This stream L is then used by the correction of the channel coding (step E3) such as an LDPC Soft-Decoding algorithm so as to obtain a binary data stream. At the end of step E3, the decoded stream is therefore obtained.
Comparativement à un schéma classique de récepteur en diversité, ici la recombinaison des flux de LLR a lieu après la démodulation intégrale des flux de données. En effet, classiquement, la recombinaison des flux de chaque voie a lieu avant l’algorithme de Viterbi.Compared to a classic diversity receiver scheme, here the recombination of LLR flows takes place after the complete demodulation of data flows. Indeed, conventionally, the recombination of the flows of each channel takes place before the Viterbi algorithm.
En relation avec la figure 3, la recombinaison peut se faire de plusieurs manières.In connection with FIG. 3, the recombination can be done in several ways.
La première consiste à recombiner les deux flux de LLR en déterminant la somme des deux flux de LLR.The first is to recombine the two LLR streams by determining the sum of the two LLR streams.
La seconde consiste à sommer les deux flux après avoir pondéré chacun des flux avec un facteur proportionnel à un critère de qualité indépendant à chaque voie de réception. Ainsi il est possible de prendre en compte si les flux de LLR déterminés sont issus de signaux dégradés à la réception.The second consists in summing the two flows after having weighted each of the flows with a factor proportional to an independent quality criterion for each reception channel. Thus, it is possible to take into account if the determined LLR flows come from degraded signals at reception.
Dans la deuxième possibilité, un des deux flux peut être sélectionné et l’autre non.In the second possibility, one of the two streams can be selected and the other not.
Ainsi, le procédé comprend une étape E21 de détermination d’un facteur de qualité Q1, Q2 des flux de symboles L1, L2 issus de l’unité dé démodulation.Thus, the method comprises a step E21 of determining a quality factor Q1, Q2 of the symbol streams L1, L2 coming from the demodulation unit.
Les flux L1, L2 sont d’abord stockés E20 dans une mémoire de type FIFO (en anglais, « Firstln FirstOut»),The streams L1, L2 are first stored E20 in a memory of the FIFO type (in English, "Firstln FirstOut"),
Cette mémoire stocke également les blocs de symboles (en anglais « burst») issus de l’étape E14 de la démodulation en amont. C’est sur blocs de symboles de chaque voie que les facteurs de qualité vont être calculés.This memory also stores the symbol blocks (in English "burst") originating from step E14 of the demodulation upstream. It is on symbol blocks of each channel that the quality factors will be calculated.
Les signaux émis comprennent plusieurs blocs (sur la figure 4,10 blocs (burst) sont représentés) et chaque bloc comprend les champs suivants :The signals transmitted comprise several blocks (in the figure 4.10 blocks (burst) are represented) and each block comprises the following fields:
- un champ PREAMBULE comprenant une pluralité de symboles connus ;- a PREAMBLE field comprising a plurality of known symbols;
- un champ MODE comprenant une suite de symboles codées selon un code correcteur d’erreur, les symboles du champ MODE émis appartenant à une liste de symboles connus du récepteur ;a MODE field comprising a series of symbols coded according to an error correcting code, the symbols of the transmitted MODE field belonging to a list of symbols known to the receiver;
- un champ DONNEE comprenant une suite de symboles d’informations.- a DATA field comprising a series of information symbols.
Le champ PREAMBULE est mis en œuvre au cours de l’étape E14 consistant à détecter les différents blocs de symboles. En particulier, cours de cette étape chaque début de bloc est détecté au moyen des symboles contenus dans le champ PREAMBULE.The PREAMBLE field is implemented during step E14 consisting in detecting the different symbol blocks. In particular, during this step, each block start is detected by means of the symbols contained in the PREAMBLE field.
Le champ MODE comprend des symboles GMSK (un symbole GMSK = 1 bit) protégés par un code détecteur d’erreur BCH de type connu. Les symboles du champ mode comprennent une identification de l’émetteur et le numéro du bloc de symboles.The MODE field includes GMSK symbols (one GMSK symbol = 1 bit) protected by a BCH error detection code of known type. The symbols in the mode field include an identification of the sender and the number of the symbol block.
On considère que le récepteur connaît tous les identifiants possibles des émetteurs susceptibles d’envoyer des signaux.The receiver is considered to know all the possible identifiers of the transmitters capable of sending signals.
Ainsi, le facteur de qualité va exploiter cette connaissance pour effectuer un calcul : l’ensemble des LLR des champs PREAMBULE et MODE sont additionnés, sachant que chaque LLR est pondéré par -1 si le bit attendu est un 1 ou pondéré par 1 si le bit attendu est un 0 (étape E21).Thus, the quality factor will use this knowledge to perform a calculation: all the LLRs of the PREAMBLE and MODE fields are added, knowing that each LLR is weighted by -1 if the expected bit is 1 or weighted by 1 if the expected bit is 0 (step E21).
Ainsi, pour chaque flux (L1, L2) et chaque burst, un facteur de qualité est calculé.Thus, for each stream (L1, L2) and each burst, a quality factor is calculated.
De plus, pour chaque burst, les champs PREAMBULE et MODE des deux flux L1, L2 sont combinés (somme des deux) et un troisième facteur de qualité Q3 est calculé.In addition, for each burst, the PREAMBLE and MODE fields of the two flows L1, L2 are combined (sum of the two) and a third quality factor Q3 is calculated.
C’est grâce aux facteurs de qualité que la recombinaison (étape E23) est effectuée : pour chaque burst, il y a trois facteurs (celui lié à L1, celui lié à L2, celui lié à la combinaison des deux), le facteur le plus élevé permet de sélectionner une des deux voies ou la recombinaison des deux.It is thanks to the quality factors that the recombination (step E23) is carried out: for each burst, there are three factors (the one linked to L1, the one linked to L2, the one linked to the combination of the two), the factor the higher allows you to select one of the two channels or the combination of the two.
D’autres types de recombinaison peuvent aussi être mis en œuvre, exemple : Une combinaison linéaire des flux de symboles ou signaux démodulés pondérés par le facteur de qualité de chacune des voies (dans ce cas-là, seul deux facteurs de qualité suffisent)Other types of recombination can also be implemented, for example: A linear combination of the streams of symbols or demodulated signals weighted by the quality factor of each channel (in this case, only two quality factors are sufficient)
- Le même principe de combinaison peut être appliqué pour N voies de réception (N facteurs de qualité).- The same principle of combination can be applied for N reception channels (N quality factors).
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- 2017-12-19 FR FR1762471A patent/FR3075526B1/en active Active
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