FR3135371A1

FR3135371A1 - Procede d’encodage et de decodage d’un message uwb au moyen d’une modulation generant un decalage temporel des bits de donnees

Info

Publication number: FR3135371A1
Application number: FR2204249A
Authority: FR
Inventors: Jan Mennekens
Original assignee: Uwinloc SAS
Current assignee: APITRAK, FR
Priority date: 2022-05-04
Filing date: 2022-05-04
Publication date: 2023-11-10
Also published as: WO2023213929A1

Abstract

PROCEDE D’ENCODAGE ET DE DECODAGE D’UN MESSAGE UWB AU MOYEN D’UNE MODULATION GENERANT UN DECALAGE TEMPOREL DES BITS DE DONNEES Procédé mis en œuvre par ordinateur pour encoder au moins un message de données (MES1…MESn) destiné à être émis par un émetteur UWB à destination d’un récepteur UWB, le procédé comportant : Génération d’un en-tête (HEAD) encodé par un premier code pseudo-aléatoire (PN1), ledit en-tête (HEAD) définissant une référence temporelle (TSync) après laquelle une séquence de segments de données (Sn) est destinée à être émise ;Génération de la séquence de segments de données (Sn), chaque segment de données (Sn) encodant au moins une valeur de données utiles (DATA1, …, DATAn) au moyen d’un second code pseudo-aléatoire (PN2) et à partir de :la référence temporelle (TSync),une position du segment de données (Sn) dans la séquence ;un pic d’autocorrélation du second code pseudo-aléatoire (PN2). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

PROCEDE D’ENCODAGE ET DE DECODAGE D’UN MESSAGE UWB AU MOYEN D’UNE MODULATION GENERANT UN DECALAGE TEMPOREL DES BITS DE DONNEES

Domaine de l’invention

Le domaine de l’invention concerne le domaine de la transmission d’informations au moyen de signaux radio. En particulier, le domaine de l’invention concerne le domaine de la modulation de signaux UWB. Plus particulièrement, le domaine de l’invention se rapporte au domaine de l’encodage d’informations à transmettre au moyen de signaux UWB.

Etat de l’art

L’acronyme « UWB » (Ultra Wide Band) désigne des signaux radioélectriques à bande ultra large émis par un ou plusieurs dispositifs émetteurs vers un ou plusieurs dispositifs récepteurs, et dont le spectre fréquentiel instantané est supérieur à 500 mégahertz (à -10 dB par rapport à la puissance maximale dudit spectre fréquentiel instantané.) En outre, un signal UWB est relativement peu sensible au phénomène d’atténuation dû aux trajets multiples empruntés par une onde radio. Un signal UWB peut par conséquent fournir de bonnes résolutions spatiales et temporelles.

Il est connu, dans l’art antérieur, de mettre en œuvre des systèmes de localisation d’un ou plusieurs dispositifs émetteurs de signaux radioélectriques, notamment UWB. De tels dispositifs émetteurs peuvent par exemple être matérialisés par des étiquettes radio et émettre des signaux en direction d’un ou plusieurs dispositifs récepteurs, par exemple matérialisés par une ou plusieurs balises. Pour détecter la position de l’émetteur, il est courant d’estimer un temps d’arrivée du signal transmis. Cette estimation du temps d’arrivée est par exemple réalisée par la mise en œuvre d’un corrélateur numérique au niveau du récepteur, qui génère des pics de corrélation en des instants d’échantillonnage du signal reçu. La précision de l’estimation du temps d’arrivée du message est alors corrélée avec la précision de localisation du dispositif émetteur. L’estimation du temps d’arrivée du signal correspond alors à l’instant de détection du premier pic de corrélation dont l’amplitude dépasse un seuil prédéterminé. En raison de sa durée très courte, une impulsion présente des fronts montants et descendants très rapides, ce qui permet de déterminer, au niveau d’un dispositif récepteur du signal UWB, un temps d’arrivée très précis d’une impulsion. Il est en outre possible de distinguer assez nettement le trajet le plus court des autres trajets empruntés par l’onde radio. Tout ceci concourt à optimiser une estimation de la position géographique d’un dispositif émettant un signal UWB à partir de l’instant d’arrivée dudit signal.

Pour estimer le temps d’arrivée d’un message transmis, diverses méthodes sont connues dans l’art antérieur. Par exemple, il est connu de mettre en œuvre une méthode de modulation d’étalement de spectre à séquence directe (mieux connue sous l’acronyme DSSS dans la littérature anglo-saxonne). Dans une telle méthode, un message de données est encodé sous la forme d’une séquence de bits et chaque bit est modulé avec un code pseudo-aléatoire. Le message émis est alors décodé au niveau du récepteur par un échantillonnage du signal reçu et la mise en œuvre de calculs de corrélation à partir du signal reçu et par rapport à un signal de référence. Avec une telle méthode, la précision de l’estimation du temps d’arrivée du message dépend de la fréquence d’échantillonnage du signal reçu : plus cette dernière est élevée, meilleure est l’estimation du temps d’arrivée du message. Toutefois, un inconvénient de cette méthode est que l’augmentation de la fréquence d’échantillonnage pour améliorer l’estimation du temps d’arrivée engendre des coûts importants ; que ce soit d’un point de vue matériel, ou encore d’un point de vue de la consommation énergétique du système. De plus, une telle méthode n’est plus avantageuse lorsque la fréquence de Nyquist est atteinte.

Il est également connu de mettre en œuvre une modulation de type « tout ou rien », également désignée dans la littérature anglo-saxonne par l’appellation « ON OFF Keying ». Dans ce type de modulation, chaque séquence binaire est composée de symboles binaires pouvant prendre deux états : un premier état et un second état. Le second état correspond par exemple à l’état contraire du premier état. A titre d’exemple, le premier état est matérialisé par la valeur « 1 » et le second état est matérialisé par la valeur « -1 », correspondant respectivement à la présence ou l’absence d’une impulsion. Toutefois, un inconvénient d’une telle modulation provient de la difficulté à détecter le signal en raison d’une énergie spectrale faible.

Un objectif de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un procédé d’encodage et de décodage d’un message UWB permettant une localisation plus précise, avec une portée améliorée, et nécessitant une faible consommation d’énergie.

Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé mis en œuvre par ordinateur pour encoder au moins un message de données destiné à être émis par un émetteur UWB à destination d’un récepteur UWB, le procédé comportant :

Génération d’un en-tête encodé par un premier code pseudo-aléatoire, ledit en-tête définissant une référence temporelle après laquelle une séquence de segments de données est destinée à être émise ;
Génération de la séquence de segments de données, chaque segment de données encodant au moins une valeur de données utiles au moyen d’un second code pseudo-aléatoire et à partir de :
- la référence temporelle,
- une position du segment de données dans la séquence ;
- un pic d’autocorrélation du second code pseudo-aléatoire.

Un avantage est d’améliorer la précision de calcul du temps d’arrivée du message de données. Un autre avantage est de réduire la consommation énergétique d’un système de localisation UWB. Un autre avantage est d’améliorer la précision de localisation d’un dispositif émetteur.

Selon un mode de réalisation, chaque segment de données comprend un ensemble de bits, le procédé comprenant une opération de glissement temporel d’un sous-ensemble de bits encodant la valeur de données utiles d’au moins un segment de données de la séquence de segments de données pour positionner ledit sous-ensemble de bits en première position dans le segment de données.

Un avantage est de déplacer la position d’un pic d’autocorrélation du message de données pour améliorer le décodage d’une donnée utile dudit message de données.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la génération du premier code pseudo-aléatoire et/ou du second code pseudo-aléatoire à partir d’un code pseudo-aléatoire initial.

Selon un mode de réalisation, la génération du premier code pseudo-aléatoire ou du second code pseudo-aléatoire en remplaçant au moins un bit du code pseudo-aléatoire initial par un code pseudo-aléatoire de remplacement.

Selon un mode de réalisation, chaque bit du premier code pseudo-aléatoire de remplacement est remplacé par un deuxième code pseudo-aléatoire de remplacement.

Selon un mode de réalisation, le code pseudo-aléatoire initial comprend une première séquence de Barker et le premier code pseudo-aléatoire de remplacement comprend une deuxième séquence de Barker.

Selon un mode de réalisation, le deuxième code pseudo-aléatoire de remplacement comprend une troisième séquence de Barker.

Selon un mode de réalisation, la première séquence de Barker, la deuxième séquence de Barker et la troisième séquence de Barker sont une même séquence de Barker. Selon une variante, il s’agit de séquences de Barker différentes. Par exemple, il s’agit de séquences de Barker de taille différentes.

Un avantage est d’encoder les données avec des séquences plus courtes tout en conservant une valeur minimale d’autocorrélation.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la génération d’une pluralité de second codes pseudo-aléatoire à partir du code pseudo-aléatoire initial en appliquant successivement des décalages temporels d’un nombre de bits prédéfini au code pseudo-aléatoire initial et dans lequel la génération de l’ensemble de segments est réalisée à partir de la pluralité de seconds codes pseudo-aléatoire.

Un avantage est d’obtenir une valeur minimale d’autocorrélation tout en simplifiant le décodage des données transmises.

Un autre avantage est d’optimiser l’orthogonalité des codes de données entre eux.

Selon un mode de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire présente un nombre de bits plus grand que le nombre de bits du second code pseudo-aléatoire.

Un avantage est d’obtenir une précision plus importante sur une référence temporelle utilisée à postériori pour déterminer le temps d’arrivée et les pics d’autocorrélation des segments d’un message de données.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé mis en œuvre par ordinateur pour localiser un émetteur comprenant l’encodage du message de données selon le premier aspect de l’invention, le procédé comprenant la réception d’une pluralité de messages de données par une pluralité de balises UWB, chaque balise comprenant une horloge, ladite réception comprenant :

synchronisation des horloges des balises UWB entre-elles ;
horodatage, par chaque horloge, de la réception des messages de données;
calcul de la position de l’émetteur à partir des messages de données reçus par la pluralité de balises UWB ;

Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé mis en œuvre par ordinateur de décodage d’au moins un message de données encodé par le procédé selon le premier aspect de l’invention et émis par un émetteur UWB comprenant :

Mesure d’un premier signal d’arrivée, démodulation du premier signal d’arrivée et calcul d’une première fonction d’autocorrélation du signal démodulé ;
Détermination du pic d’autocorrélation de la première fonction d’autocorrélation ;
Détermination de la référence temporelle à partir dudit pic d’autocorrélation ;
Mesure d’une pluralité de seconds signaux d’arrivée, démodulation des seconds signaux d’arrivée et, pour chaque second signal d’arrivée,
- Calcul d’une seconde fonction d’autocorrélation du second signal démodulé
- Détermination d’un pic d’autocorrélation de la seconde fonction d’autocorrélation
- Mesure d’un décalage temporel entre la référence temporelle ou le début d’un segment de données et le pic d’autocorrélation ;
- Décodage d’une valeur de données utiles en fonction du décalage mesuré

Selon un mode de réalisation, l’application de la seconde fonction d’autocorrélation comprend la mise en œuvre d’une opération de glissement temporel d’au moins un bit d’au moins un segment de données de la séquence de segments de données du second code pseudo-aléatoire.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un émetteur UWB comprenant un calculateur configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé d’encodage.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un récepteur UWB comprenant un calculateur configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé de décodage.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un système d’encodage et de décodage d’au moins un message de données comprenant un émetteur UWB.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un système d’encodage et de décodage d’au moins un message de données comprenant un émetteur UWB et une pluralité de balises UWB comprenant chacune :

une horloge pour mesurer des données d’horodatage de la réception des messages de données transmis par l’émetteur UWB;
un calculateur pour :
- Synchroniser les horloges de la pluralité de balises UWB entre elles ;
- Calculer par trilatération une donnée de position de l’émetteur UWB à l’origine de l’émission du message de données.

Brève description des figures

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :

: Un exemple dans lequel un message de données comprend un en-tête et un ensemble de segments comprenant des données utiles.
: La transmission de messages de données depuis un dispositif émetteur UWB vers un dispositif récepteur.
: Un en-tête et un segment de données encodés par deux codes pseudo-aléatoires de longueurs différentes.
: Un exemple dans lequel un premier message de données comprend l’en tête et un second message de données comprend plusieurs segments de données
: Un exemple dans lequel un premier message de données comprend l’en-tête et chaque message de données suivant comprend un segment.
: un exemple dans lequel l’en tête est encodé par une superposition de plusieurs séquences de Barker.

Description détaillée Définitions

Dans la suite de la description :

On désigne par « signal radioélectrique » une onde électromagnétique se propageant par des moyens non-filaires et dont les fréquences sont comprises entre quelques kilohertz, et jusqu’à plusieurs centaines de gigahertz.
On désigne par un « premier message de données MES₁» une séquence de bits transmise au moyen d’un signal modulé émis dans la bande UWB (Ultra-Wide Band).
Dans la suite de la description, on considère que le temps d’arrivée d’un message de données MES_ncorrespond :

Soit à la réception et au décodage de l’information comprise par le message de données, par exemple une ou plusieurs donnée(s) utile(s) DATA_nencodées dans un ou plusieurs segments,
Soit à la réception et la génération d’un marqueur temporel de référence T_sync, qui sera par exemple utilisé comme référence pour calculer un ou plusieurs pic(s) d’autocorrélation des segments suivants reçus.

On désigne des codes « superposés » par le fait qu’au moins un bit d’un code est remplacé par un autre code. Dans ce cas, les codes remplaçant chaque bits sont désignés comme des codes « internes ». Le code pour lequel au moins un bit est remplacé par un autre code est désigné comme un code « externe ». Les codes ainsi superposés forment des « couches » de codes. Les codes « internes » et « externes » sont par exemple des codes identiques, des codes inverses ou encore des codes différents les uns des autres. Il peut également s’agir d’une combinaison de ces exemples. Il s’agit par exemple de séquences de Barker de mêmes longueurs ou de longueurs différentes.
Les codes pseudos-aléatoires comprennent un ensemble de bits. On désigne des sous-ensembles de bits pour faire référence à une partie de ces ensembles. Des opérations peuvent être appliqués à ces ensembles ou sous-ensembles, telles que des opérations de glissement temporels pour déplacer un sous-ensemble de bits à une position différente dans un segment de donnée S_n.
On entend par une position d’un bit dans un segment de données S_nune position temporelle dudit bit de données. Par exemple, lorsqu’on fait référence à la première position dans un segment de donnée, on fait référence au bit qui est lu et décodé en premier par le récepteur. Ainsi, lorsqu’on réalise une opération de glissement temporel d’un sous ensemble de bits dans un segment de données pour décaler ce sous ensemble en première position, on entend que ce sous ensemble de bits démarre en première position dans le segment de donnée S_net sera décodé en premier par le récepteur.
On désigne un code pseudo-aléatoire initial pour désigner un code pseudo-aléatoire sur lequel peuvent être appliquées des opérations pour obtenir un code pseudo-aléatoire différent. De telles opérations peuvent par exemple comprendre l’encodage d’un bit, d’un ensemble de bits ou d’un sous ensemble de bits par un ou plusieurs codes pseudo aléatoires identiques ou différents pour produire le premier code pseudo aléatoire PN₁ou le second code pseudo aléatoire PN₂.
On désigne un premier code pseudo aléatoire « de remplacement » pour désigner un code pseudo-aléatoire remplaçant un bit de donnée du code pseudo aléatoire initial.
Dans certains cas, les premiers codes pseudo-aléatoire de remplacement peuvent eux même comprendre des codes pseudo-aléatoires de remplacement, qu’on désigne par le terme « deuxième code pseudo-aléatoire de remplacement ». Cela permet de créer des codes « en couche » (un ou plusieurs bits des codes pseudo aléatoires sont remplacés par d’autres codes pseudo-aléatoire). Cela permet avantageusement de créer artificiellement des codes de plus grande dimension. Ces codes pseudo-aléatoires de remplacement permettent par exemple de former le premier code pseudo-aléatoire PN₁et/ou un ou plusieurs seconds codes pseudo-aléatoires PN₂.

Dans la suite de la description, on se placera de manière non limitative dans le cas particulier de la géolocalisation d’un dispositif émetteur UWB qui émet un signal en direction d’un dispositif récepteur. Un tel émetteur UWB comprend par exemple une étiquette radio (également appelée radio-marqueur).

L’émetteur est par exemple positionné sur un objet particulier dont on souhaite déterminer avec précision la position dans un environnement particulier, par exemple dans un entrepôt fermé. L’émetteur UWB peut également être apposé sur un objet en mouvement et passant à proximité suffisante d’un dispositif récepteur pour que le signal émis par ledit émetteur soit capté par le récepteur.

L’émetteur UWB peut être électriquement passif ; c’est-à-dire qu’il ne fonctionne que lorsqu’il est alimenté en énergie par un équipement distant par l’intermédiaire d’une liaison sans-fil, par exemple une source UHF. L’émetteur UWB peut également être électriquement actif, c’est-à-dire qu’il est relié physiquement et de manière constante à une source d’alimentation en énergie ; par exemple une batterie.

L’émetteur UWB comprend des moyens d’émission pour émettre des signaux radioélectriques UWB en direction d’un dispositif récepteur. Les moyens d’émission comprennent par exemple une antenne, un processeur, un oscillateur local, des filtres analogiques et/ou numériques et un amplificateur de puissance.

Le dispositif récepteur comprend des moyens de réception pour recevoir les signaux radioélectriques en provenance de l’émetteur UWB. De tels moyens comprennent par exemple, et à titre non limitatif, une antenne, un démodulateur, un ou plusieurs corrélateurs, un convertisseur analogique/numérique, un amplificateur, un processeur, un oscillateur local.

Il n’est nullement exclu que l’invention s’applique à des mises en œuvre différentes, dès lors qu’un message est encodé et émis depuis un dispositif émetteur vers un dispositif récepteur.

La suite de la description s’appuie sur divers modes de réalisation de l’invention dans lesquels sont mis en œuvre des codes pseudo-aléatoires comprenant ou non des séquences de Barker.

Différentes variantes de réalisation sont décrites dans chacun de ces modes de réalisation qui peuvent s’appliquer à un ou plusieurs de ces modes de réalisation. Ainsi, les caractéristiques décrites d’un mode de réalisation sont directement applicables à un autre mode de réalisation. L’invention protège ces différentes combinaisons de caractéristiques décrites au travers de l’ensemble des modes de réalisations.

Messages de données

Selon un premier aspect, en référence aux figures 1, 4 et 5, l’invention se rapporte à un procédé d’encodage d’au moins un message de données MES_1…MES_n. On désigne par la suite un « second message de données MES₂», un « troisième message de données MES₃», etc. jusqu’à un « n-ième message de données MES_n » pour décrire des messages de données émis successivement par l’émetteur UWB.

Dans la suite de la description, on désigne par l’appellation « en-tête » HEAD une séquence de bits du premier message de données MES₁encodé comprenant une référence temporelle T_sync.

Selon divers exemples, les messages de données MES₁…MES_ncomprennent :

Soit l’en-tête HEAD suivi de n-segments de données, chaque segment comprenant une donnée utile DATA_n à décoder par un récepteur, comme illustré en ;
Soit l’en-tête HEAD seule, comme illustré en ;
Soit à n-segment(s) de données sans l’en-tête HEAD, comme illustré en et 5. Sur la , le second message de données MES₂encode toutes les données utiles (DATA₁…DATA_n). Sur la , chaque message de données encode un segment de données utiles (DATA₁…DATA_n).

D’une manière plus générale, un message de données MES_1…MES_npeut comprendre toute ou partie du message à transmettre et encodé dans l’en-tête HEAD et les n-segments.

Selon un mode de réalisation, au moins un message de données MES_1…MES_n est émis selon un mode « tout ou rien », également désigné dans la littérature anglo-saxonne par le terme « On-Off Keying » ou encore « OOK ». Dans ce cas, les « 0 » des codes pseudo-aléatoires PN₁et PN₂ne sont pas émis. Un avantage est de réduire la consommation énergétique en émettant uniquement une partie de l’énergie lors de l’émission desdits codes pseudo-aléatoires PN₁et PN₂.

Selon un mode de réalisation, au moins un message de données MES_1…MES_nest émis suivant une modulation dite « BPSK » ou « Binary Phase Shift Keying. Dans ce cas, l’information binaire à transmettre via le message de données MES_nest véhiculée par un signal de référence, également désigné par le terme de « porteuse » dans la littérature scientifique.

Génération de l’en tête et premier code pseudo-aléatoire

En référence aux figures 1, 4 et 5, l’encodage d’au moins un message MES₁ _…MES_ncomprend la génération de l’en-tête HEAD.

La séquence de bits de l’en-tête HEAD transmise peut comprendre une ou plusieurs séquences de bits, qui peuvent être de même longueur ou de longueurs différentes. Elle peut également comprendre plusieurs séquences de bits de mêmes longueurs concaténées. Des bits dits « de bourrage » peuvent être intégrés à la séquence dans le cas où une donnée utile transmise n’est pas un multiple de la longueur d’une séquence de bits. Des bits dits « de parité » et « d’imparité » peuvent également être intégrés à la séquence pour détecter une erreur de transmission au niveau d’un dispositif émetteur.

L’en-tête HEAD est transmis vers le récepteur en amont de la transmission d’une pluralité de segments S_ndans lesquels on souhaite déterminer une fonction d’autocorrélation. Cette fonction d’autocorrélation est par exemple déterminée à partir d’une référence temporelle T_syncdéfinie par une position temporelle dans la séquence de bits de l’en-tête HEAD.

Un intérêt particulier de l’en-tête HEAD se trouve dans la génération d’un marqueur temporel de référence, pour établir le début d’une séquence comprenant les données utiles à décoder par le récepteur. L’en-tête HEAD vise à établir une démarcation entre la référence temporelle T_syncet une ou plusieurs séquences de bits de données comprenant des données utiles DATA₁…DATA_n. On entend par « données utiles » des données définissant un message, ou une information à transmettre au sein d’un message de donnée MES₁…MES_nencodé. Il s’agit par exemple d’un identifiant du dispositif émetteur ou encore d’une donnée de localisation.

Un autre intérêt de l’en-tête HEAD est de servir de point de référence pour la mesure du temps d’arrivée d’un message de données MES₁...MES_n. Selon un exemple, la réception, la lecture et le décodage par le récepteur du message encodant l’en-tête HEAD entraînent la génération du marqueur temporel de référence T_sync. Un tel marqueur définit une référence temporelle pour déterminer le temps d’arrivée au récepteur d’un ou plusieurs messages de données MES₁…MES_n.

Selon un mode de réalisation, en référence à la , l’en-tête HEAD est encodé par un premier code pseudo aléatoire PN₁ _.Dans la suite de la description, on considère que les termes « code pseudo-aléatoire » et « séquence pseudo-aléatoire » sont équivalents et visent à désigner un même code.

Selon un mode de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire PN₁estconnu du dispositif émetteur et/ou du dispositif récepteur.

Selon un mode de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire PN₁comprend une séquence binaire de type n-séquences. Rien n’exclut cependant la mise en œuvre de séquences différentes pour encoder l’en-tête HEAD, telles qu’une séquence parmi les séquences suivantes : une séquence de Kasami ou encore une séquence de Hadamard-Walsh.

Selon un mode de réalisation, la taille du premier code pseudo-aléatoire PN₁prend une valeur quelconque en nombre de bits N_bparmi la liste de valeurs suivantes : [2¹, 2², 2³, 2⁴, 2⁵, 2⁶, 2⁷, 2⁸, 2⁹, 2¹⁰, 2¹¹, 2¹²]. Dans ce cas, il existe N_b possibilités de séquences possibles pour le premier code pseudo-aléatoire PN₁. Avantageusement, le choix d’une valeur particulière parmi les valeurs précitées permet d’optimiser le temps d’arrivée du premier message de données MES₁au niveau du récepteur. Cela permet d’améliorer la précision de localisation du dispositif émetteur.

Selon un mode de réalisation préféré, le premier code pseudo-aléatoire PN₁comprend un code de Barker. On désigne un « code de Barker » ou une « séquence de Barker » de façon équivalente pour faire référence à une séquence finie de N valeurs. Chaque valeur peut être égale soit à +1, soit à -1, avec une propriété d’autocorrélation idéale telle que les coefficients d’autocorrélation hors pointe (non cycliques) sont aussi petits que possible.

Pour alléger la lecture, on désigne « une séquence Barker trois » pour faire référence à une séquence de Barker de longueur égale à trois bits, « une séquence Barker sept » pour faire référence à une séquence de Barker de longueur égale à sept bits, « une séquence Barker onze » pour faire référence à une séquence de Barker de longueur égale à onze bits, et ainsi de suite en fonction de la longueur d’une séquence de Barker donnée.

Dans un mode de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire PN₁comprend une séquence Barker onze. Il s’agit par exemple de la séquence suivante : [+1+1+1-1-1-1+1-1-1+1-1]. Dans des variantes de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire PN₁comprend une séquence de Barker deux, trois, sept ou onze. La séquence de Barker deux est par exemple la séquence suivante : [+1-1]. La séquence de Barker trois est par exemple la séquence suivante : [+1+1-1]. La séquence de Barker sept est par exemple la séquence suivante : [+1+1+1-1-1+1-1].

Un avantage est d’obtenir une valeur minimale d’autocorrélation à partir d’une séquence minimale de bits de données.

Selon un mode de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire PN₁est généré à partir d’un code pseudo-aléatoire initial.

En-tête : code en couches/ LBPM

Dans un mode de réalisation, l’en-tête HEAD est encodé par plusieurs premiers codes pseudo-aléatoires PN₁superposés. On entend par « superposés » qu’au moins un bit d’un code est remplacé par un autre code. Dans ce cas, les codes remplaçant chaque bits sont désignés comme des codes « internes ». Le code sur lequel au moins un bit est remplacé par un autre code est désigné comme un code « externe ». Les codes ainsi superposés forment des « couches » de codes. Les codes « internes » et « externes » sont par exemple des codes identiques, des codes inverses ou encore des codes différents. Il peut également s’agir d’une combinaison de ces exemples. Il s’agit par exemple de séquences de Barker de même taille ou de tailles différentes.

Par exemple, un bit de valeur « 1 » d’un code externe peut être remplacé par un code de Barker d’une longueur donnée et un bit de valeur « -1 » peut être remplacé par le code de Barker inverse de ce code de Barker.

La illustre un cas d’exemple de ce mode dans lequel l’en-tête HEAD est encodé par une pluralité de séquences de Barker superposées. Il s’agit de séquences Barker sept et de séquences Barker onze. Le code externe formant la couche supérieure est une séquence Barker sept. Les codes internes formant les couches inférieures sont des séquences Barker onze. Dans ce cas, chaque bit de la séquence Barker sept est remplacé par une séquence Barker onze, et chaque bit des séquences Barker onze est remplacé par une autre séquence Barker onze. Il en résulte un en-tête de taille 7*11*11= 847 bits.

L’exemple décrit ci-dessus n’est pas limitatif. Il est également possible d’utiliser des séquences de Barker de tailles différentes pour les codes « internes » et « externes » formant l’en-tête HEAD. Le code externe peut par exemple comprendre une séquence Barker onze et les deux codes internes peuvent par exemple comprendre deux séquences Barker onze. Dans ce cas, l’en-tête HEAD est de taille 11*11*11 = 1331 bits. Il est également possible de former davantage de couches internes, par exemple trois couches internes, quatre couches internes, etc.

Un avantage est de réduire le phénomène d’autocorrélation, tout en limitant la consommation énergétique du système et tout en conservant une bonne précision de localisation de l’émetteur.

Un autre avantage est d’obtenir des performances supérieures par rapport à l’utilisation d’un code PN standard tout en utilisant un code de taille réduite.

Un autre avantage est de mettre en place un délai entre le décodage de l’en-tête et le décodage des données. Un autre avantage est d’obtenir un signal ayant une bonne résistance au bruit. Un autre avantage est d’arrondir le code à un nombre pair de bits. Un autre avantage est d’obtenir un seuil d’autocorrélation bas tout en optimisant la consommation énergétique du système. Un autre avantage est de définir un repère fiable pour décoder les données utiles. Un autre avantage est de définir un repère du temps d’arrivée pour le système de localisation. En effet, un code plus long permet d’obtenir un meilleur ratio signal sur bruit, et améliore l’estimation du temps d’arrivée.

Données utiles

Selon un mode de réalisation, au moins un message de données MES₁ _…MES_ncomprend un segment de données S_n.

On entend par segment de données S_nune séquence de bits de données. Chaque segment de données S_nest par exemple positionné à la suite de l’en-tête HEAD dans un message de données MES₁…MES_n. Chaque segment de données S_ncomprend par exemple des valeurs de données utiles DATA₁ _…DATA_n. Les valeurs de données utile DATA_1…DATA_ncomprennent par exemple des informations à transmettre au récepteur, telles qu’une information d’identification de l’émetteur. Il s’agit par exemple d’un ou plusieurs symboles d’un identifiant de l’émetteur. Les valeurs de données utiles DATA_1…DATA_npeuvent également comprendre des données de localisation.

Chaque donnée utile est par exemple encodée sur une séquence de bits donnée d’un segment S_ndonné d’un second code pseudo-aléatoire PN₂. Une fonction d’autocorrélation est par exemple mise en œuvre pour chaque segment S_ndu message de données MES₁ _…MES_n, de sorte à déterminer la position et la valeur de chaque bit comprenant les données utiles DATA₁…DATA_n.

Cette mise en œuvre est particulièrement avantageuse lorsque chaque segment S_nest encodé par un même second code pseudo-aléatoire PN₂. Dans ce cas, la détermination de la position de chaque pic sur lesquels sont effectuées les autocorrélations permet de déterminer les valeurs des bits, et donc de décoder l’ensemble des données utiles transmises au sein du premier message de données MES₁.

Dans un mode de réalisation, plusieurs segments S_nd’un message de données MES₁ _…MES_ncomprennent chacun des symboles d’un identifiant de l’émetteur UWB. Dans ce cas, le décodage de l’ensemble des segments du message de données MES₁au niveau du récepteur permet de reconstruire un identifiant du dispositif émetteur.

Selon un mode de réalisation, les valeurs de données utiles DATA₁ _…DATA_ncomprennent une information sur la position de l’émetteur. Cela est par exemple rendu possible lorsque l’émetteur comprend une interface de communication et une mémoire. L’émetteur reçoit par exemple des informations sur sa localisation depuis un dispositif tier, tel qu’un système GPS. Il peut également s’agir d’un système de balises UWB ayant reconstruit la position de l’émetteur en mettant en œuvre des calculs de position par trilatération.

Selon un mode de réalisation, les valeurs de données utiles DATA_1…DATA_ncomprennent des données d’horodatage. Il s’agit par exemple de données d’horodatage de l’instant d’émission du message de données MES₁par l’émetteur. Dans ce cas, l’émetteur comprend par exemple une horloge intégrée et une mémoire pour stocker des données.

Selon un mode de réalisation, les valeurs de données utiles DATA_1…DATA_n sont encodées à partir d’un marqueur temporel prédéfini par rapport à la référence temporelle T_sync _.Le marqueur temporel est par exemple positionné au niveau d’un pic d’autocorrélation du second code pseudo-aléatoire PN₂.

Données encodées / code en couches / LBPM

Selon un mode de réalisation, les valeurs de données utiles DATA₁ _…DATA_n sont encodées par un second code pseudo-aléatoire PN₂. Il s’agit par exemple d’une séquence binaire de type n-séquences. Rien n’exclut cependant la mise en œuvre de séquences différentes telle que par exemple une séquence de Kasami ou encore une séquence de Hadamard-Walsh.

Selon un mode de réalisation, la taille du second code pseudo-aléatoire PN₂prend une valeur quelconque en nombre de bits N_bparmi la liste de valeurs suivantes : [2¹, 2², 2³, 2⁴, 2⁵, 2⁶, 2⁷, 2⁸, 2⁹, 2¹⁰, 2¹¹, 2¹²]. Dès lors, il existe N_bséquences possibles pour le second code pseudo-aléatoire PN₂. Avantageusement, la taille de code choisie pour le second code pseudo-aléatoire PN₂dépend de la taille du premier code pseudo-aléatoire PN₁, qui est par exemple plus long, de sorte à optimiser la transmission de données et la détection du temps d’arrivée d’un message de données MES₁ _…MES_n. Toutefois, rien n’exclut d’utiliser des codes pseudo-aléatoires PN₁et PN₂de même taille dans le cadre de l’invention.

Selon un mode de réalisation, le second code pseudo-aléatoire PN₂encodant les données utiles DATA_1…DATA_n comprend une séquence de Barker. Il s’agit par exemple d’une séquence de Barker deux, d’une séquence de Barker trois, d’une séquence de Barker sept ou d’une séquence de Barker onze. La séquence de Barker deux est par exemple la séquence suivante : [+1-1]. La séquence de Barker trois est par exemple la séquence suivante : [+1+1-1]. La séquence de Barker sept est par exemple la séquence suivante : [+1+1+1-1-1+1-1]. Rien n’exclut toutefois d’utiliser des séquences de Barker de tailles différentes ou d’agencement différent.

Selon un mode de réalisation, au moins un message de données MES₁…MES_nest encodé par une superposition d’une pluralité de seconds codes pseudo-aléatoires PN₂. On entend que les codes sont « superposés » par le fait qu’au moins un bit d’un code est remplacé par un autre code. Dans ce cas, les codes remplaçant chaque bits sont désignés comme des codes « internes ». Le code pour lequel au moins un bit est remplacé par un autre code est désigné comme un code « externe ». Les codes ainsi superposés forment des « couches » de codes. Les codes « internes » et « externes » sont par exemple des codes identiques, des codes inverses ou encore des codes différents. Il peut également s’agir d’une combinaison de ces exemples. Il s’agit par exemple de séquences de Barker de même taille ou de tailles différentes.

Il s’agit par exemple de codes pseudo aléatoires de longueur 127 bits. Selon un autre exemple, il s’agit d’une superposition de séquences de Barker. Un avantage est de mettre en place un délai entre le décodage de plusieurs messages de données consécutifs.

Selon un premier exemple illustratif, le message de données MES₁…MES_nest encodé par une superposition de deux séquences Barker onze. Dans ce cas, la longueur finale du code de 11 x 11 = 121 bits. Le code est étendu de 7 bits de valeur 0, pour obtenir un code final de 128 bits. Un avantage est de mettre en place un délai entre le décodage de plusieurs messages de données consécutifs. Un autre avantage est d’arrondir le code à un nombre pair de bits.

Selon un autre exemple illustratif, au moins un message de données MES₁…MES_nest encodé sur 30 séquences de 4 bits de données. Dans ce cas, le message de données MES₁…MES_n porte 120 bits de données.

Selon un autre exemple illustratif, au moins un message de données MES_1…MES_nest encodé par 40 seconds codes pseudo-aléatoires PN2 comprenant chacun une séquence de Barker. Chaque séquence de Barker porte par exemple 4 bits de données. Dans ce cas, le message de données MES_1…MES_nporte 160 bits de donnée.

Selon un mode de réalisation, les bits de données portés par au moins un message de données MES₁…MES_ncomprennent des bits de correction d’erreur. Ces bits de correction d’erreur correspondent par exemple à la moitié des bits de données portés par le message de données MES_1…MESn. Pour chaque message de données MES₁…MESn, les pulses UWB sont par exemple émis par l’émetteur UWB toute les 2 nanosecondes et avec une latence de 40 nanosecondes entre deux pulses, soit un débit de 25Moctets/seconde. Un avantage est de mettre en œuvre des paramètres de correction d’erreur importants qui permettent une communication plus robuste entre les équipements émetteurs et récepteurs dans des conditions difficiles, telles que des conditions de communication favorisant les interférences.

Selon un mode de réalisation, les valeurs de données utiles DATA₁…DATA_nsont encodées par un second code pseudo-aléatoire PN₂plus court que le premier code pseudo-aléatoire PN₁. On entend par « code plus court » que le second code pseudo-aléatoire PN₂comprenant un nombre de bits N_binférieur au nombre de bits N_bdu premier code pseudo-aléatoire PN₁.

Un avantage d’utiliser un code pseudo-aléatoire court est de réduire la durée d’émission au niveau du dispositif émetteur. Dès lors, le bruit est avantageusement réduit pour le système global. En effet, en considérant un cas où le système comprend une pluralité d’émetteurs, deux messages émis à des instants aléatoires par deux dispositifs émetteurs ont une probabilité plus faible d’être émis en même temps si le temps d’émission d’un des messages est plus court. Un avantage est de réduire les risques d’interférences. Un autre avantage est de réduire la complexité des calculs effectués au niveau des corrélateurs du dispositif récepteur, et donc de réduire la consommation énergétique du système. Un autre avantage est d’occuper le canal radio pendant une durée moins importante.

Selon un mode de réalisation, les données utiles DATA₁ _…DATA_nsont encodées avec un retard temporel par rapport à la référence temporelle T_sync.

Selon un mode de réalisation, un marqueur temporel T₁est associé à une portion d’un segment de données S_n comprenant les données utiles DATA₁…DATA_n. Ce marqueur temporel correspond par exemple à l’instant où les données utiles DATA₁…DATA_ncommencent à être décodées par le récepteur. Dans une variante, la référence temporelle correspond à l’instant de fin du décodage d’au moins une partie des données utiles DATA₁…DATA_n. Dans ce cas, le marqueur temporel T₁est par exemple’ positionné de sorte à démarquer la fin d’un premier segment S_net le début d’un second segment S_n+1suivant. Ce mode de l’invention ne se limite pas aux cas d’exemple précités. Le marqueur temporel T₁peut être positionné à n’importe quelle position d’un message de données MES₁…MES_npour marquer une portion donnée dudit message.

Selon un mode de réalisation, le décodage d’un message de données MES_1…MES_npar le récepteur entraîne la génération automatique d’une pluralité de marqueurs temporels T_1…T_n._.Par exemple, un premier marqueur temporel T₁est généré à la suite du décodage du premier segment S₁par le récepteur, et un second marqueur temporel T₂peut être généré à la suite du décodage du second segment S₂par le récepteur, et ainsi de suite jusqu’au décodage de l’ensemble des segments S_ndu premier message de données MES₁. Chaque marqueur temporel T_1…T_nest par exemple défini par rapport la référence temporelle T_syncdéfinie à la suite du décodage de l’en-tête HEAD, ou encore par rapport à une référence temporelle T_n- ₁définie à la suite du décodage d’un segment précédent. Un avantage est de générer un marqueur temporel du temps d’arrivée au récepteur de chaque segment S_n d’un message de données MES₁…MES_n.

Selon un mode de réalisation, au moins un message de données MES₁…MES_ncomprend une pluralité de segments S_nqui sont tous encodés par un code pseudo-aléatoire identique. Il s’agit par exemple du second code pseudo-aléatoire PN₂. L’utilisation d’un même code permet d’obtenir une autocorrélation lors du décodage du message de données MES₁ _…MES_n. Un avantage est de réduire le bruit au sein du message de données MES_1…MES_n.

Un avantage est de s’affranchir du phénomène de « cross-corrélation » qui provoque un bruit cohérent entre les codes lorsque plusieurs codes pseudo-aléatoires différents sont mis en œuvre. Selon un exemple, un pic d’autocorrélation est atteint lorsque la valeur de corrélation dépasse un seuil prédéterminé. Dans ce cas, un seuil suffisamment élevé est par exemple choisi pour éviter de détecter un « faux » pic d’autocorrélation. Dans ce cas, il convient également de choisir un seuil suffisamment bas pour éviter de manquer le pic d’autocorrélation (par exemple dans le cas où le message transmis par l’émetteur est perturbé par des interférences durant son trajet vers le récepteur, et que la valeur maximale de corrélation n’est par conséquent pas atteinte.) Selon un autre exemple, le récepteur détecte le code reçu avec la plus grande valeur de corrélation au moment précis d’arrivée du message. Cette valeur de corrélation dépend notamment de la distance à l’en-tête HEAD.

Un autre avantage est d’optimiser le temps d’arrivée des messages de données au récepteur. Dans le cas où le récepteur est utilisé a posteriori pour déterminer une position de l’émetteur, par exemple lorsque le récepteur comprend une balise UWB mettant en œuvre des calculs pour reconstruire la position du dispositif émetteur par trilatération avec d’autres balises, une meilleure précision sur la position de l’émetteur est avantageusement obtenue.

Selon un mode de réalisation, l’encodage de chaque segment S_npar le second code pseudo-aléatoire PN₂comprend l’encodage d’au moins un symbole par ledit second code pseudo-aléatoire PN₂. Chaque symbole est par exemple encodé sur un bit de chaque segment S_n _.Selon un autre exemple, une pluralité de symboles est encodée sur une pluralité de bits de chaque segment S_n.Les valeurs de données utile DATA₁ _…DATA_n comprennent par exemple l’ensemble des symboles de chaque segment S_n. Dans ce cas, les symboles encodés définissent le message à transmettre vers le récepteur, et le décodage du message de données permet de décoder les bits comprenant lesdits symboles qui matérialisent par exemple un identifiant de l’émetteur.

Dans un mode de réalisation, la génération d’un nombre donné de premiers ou seconds codes pseudo-aléatoire PN₁, PN₂pour encoder les données comprend la génération des codes inverses de chaque premiers ou second codes pseudo-aléatoires PN₁, PN₂généré.

Un avantage est de doubler le nombre de valeurs d’autocorrélation possible.

Selon un mode de réalisation, les symboles encodés forment un code correcteur. Il s’agit par exemple d’un code de Reed Solomon. Un tel code est par exemple encodé sur 8 bits dans un message de données MES₁ _…MES_n. Toutefois, rien n’exclut qu’un tel code correcteur soit encodé sur un nombre plus ou moins important de bits dans le message de données MES₁. Le code de Reed Solomon formé est par exemple un code de Reed Solomon réduit RS (28,14).

Dans un mode de réalisation, au moins un message de données MES₁…MES_nest protégé par un code de détection d’erreur. Le code de détection d’erreur est par exemple un code de détection d’erreur par contrôle de redondance cyclique (CRC). Il s’agit par exemple d’un code de détection d’erreur 8bit CRC. Le code de détection d’erreur est par exemple positionné en amont du message de données MES₁…MES_n.

Un avantage est de pouvoir détecter des modifications de données involontaires dans les messages de données transmis, par exemple en raison d’interférences ou de défauts de l’émetteur ou du récepteur.

Dans un mode de réalisation, tous les messages de données MES₁…MES_nsont protégés par un code de correction d’erreur. Le code de correction d’erreur comprend par exemple d’un code de correction d’erreur concaténé, par exemple un code de Reed-Solomon. Il s’agit par exemple d’un code de Reed-Solomon RS (28,14) avec un polynôme générateur égal à 1 + x² ₊x³+ x⁴+ x⁸ _.

Dans un mode de réalisation, au moins un message de données MES₁…MES_n est protégé par une pluralité de codes Reed-Solomon. Il s’agit par exemple de deux codes Reed-Solomon RS(15,2) avec un polynôme générateur égal à X⁴+X+1 sur GF(4).

Un avantage est de pouvoir reconstruire le message de données au niveau du récepteur à la suite d’erreurs de transmission.

Dans un mode de réalisation, le procédé comprend la mise en œuvre d’un étalement de spectre. Selon un exemple, il s’agit d’un étalement de spectre à séquence directe, également désignée par l’acronyme DSSS. Selon un autre exemple, il s’agit d’un étalement de spectre par saut de fréquence, également désigné par l’acronyme FHSS.

Un avantage est de rendre les signaux UWB émis plus résistants aux brouillages et aux interférences.

Un autre avantage est d’augmenter la résistance du signal à l’évanouissement, également désigné par le terme « fading » dans la littérature anglo-saxonne.

Un autre avantage est de pouvoir dissimuler le signal en augmentant sa ressemblance avec un bruit aléatoire.

Un autre avantage est de rendre le signal plus difficile à intercepter.

Un autre avantage est d’utiliser plus efficacement la bande passante, en permettant aux signaux transmis de partager des bandes de fréquence avec d’autres types de signaux transmis.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de ponctuation. L’étape de ponctuation comprend par exemple la suppression d’un ou plusieurs bits de parité dans une séquence de bits d’un ou plusieurs segment(s) donné(s). Cette étape est par exemple mise en œuvre après l’encodage d’un message de données MES₁ _…MES_navec un code de correction d’erreur.

Dans un mode de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire PN₁et/ou le second code pseudo-aléatoire PN₂comprennent une première séquence de Barker et au moins un bit de données de ladite première séquence de Barker est remplacé par une deuxième séquence de Barker. Les premières et deuxièmes séquences de Barker sont par exemple de longueur identiques. Elles peuvent également être de longueur différentes, par exemple une séquence Barker onze et une séquence Barker sept.

Selon un mode de réalisation, le second code pseudo-aléatoire PN₂est généré à partir d’un code pseudo-aléatoire initial.

Selon un mode de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire PN₁et le second code pseudo-aléatoire PN₂sont générés à partir d’un même code pseudo-aléatoire initial. Dans une variante, ils sont générés à partir de codes pseudo-aléatoire initiaux différents.

Dans un mode de réalisation, une pluralité de second codes pseudo-aléatoire PN₂sont générés à partir d’un même code pseudo-aléatoire initial sur lequel sont mis en œuvre des décalages successifs d’au moins un bit de données. On entend par « décalages successifs d’au moins un bit de donnée » que le décalage d’au moins un bit de donnée permet de générer un premier second code pseudo aléatoire PN₂. Par la suite, un décalage d’au moins un bit de donnée sur le premier second code pseudo aléatoire PN₂permet de générer un second second code pseudo aléatoire PN_2.Cette opération peut être répétée autant de fois que nécessaire pour obtenir le nombre de seconds codes pseudo aléatoire souhaité.

Selon un mode de réalisation, une pluralité de seconds codes pseudo-aléatoires est utilisée pour encoder les données utiles, lesdits seconds codes pseudo-aléatoires étant choisis de sorte à optimiser l’orthogonalisation des codes de données entre eux.

Selon un mode de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire et/ou le second code pseudo-aléatoire comprennent une première séquence de Barker et au moins un bit de données de ladite première séquence de Barker est remplacé par un code artificiel comprenant une deuxième séquence de Barker.

Encodage avec un décalage circulaire

Selon un mode de réalisation, au moins un second code pseudo-aléatoire PN₂est construit de manière à associer à au moins une valeur de donnée utile DATA₁ _…DATA_n, un décalage circulaire dudit second code pseudo-aléatoire PN₂. On entend par « décalage circulaire » un glissement temporel d’une séquence de bits de données. Pour illustrer ce mode, on décrit ci-dessous un cas d’exemple détaillé de mise en œuvre de l’invention.

On se place dans le cas d’exemple où le second code pseudo-aléatoire PN₂a une longueur de N_b= 256 bits, soit 2⁸possibilités de décalage d’un bit pour ledit second code pseudo-aléatoire PN₂. Le premier message de données MES₁est encodé et l’encodage dudit message MES₁comprend la génération de l’en-tête HEAD. L’en-tête HEAD est encodé par le premier code pseudo-aléatoire PN₁ _,qui a dans cet exemple une longueur de N_b= 1024 bits. La référence temporelle T_syncest définie sur le 1024^èmebit de l’en-tête HEAD, pour marquer le début du message transmis comprenant les données utiles (le début du premier segment S₁). L’encodage du premier message de données MES₁comprend la génération de 15 segments S_n _. Chaque segment est encodé par le second code pseudo-aléatoire PN₂(15 fois le même code pour encoder les 15 segments). Il existe 256 positions possibles pour encoder la donnée utile DATA₁dans le premier segment S₁ (en raison des 256 possibilités de décalage de 1 bit pour le second code pseudo-aléatoire PN₂)_.Un symbole est encodé à partir de la 52^èmeposition du premier segment S₁, et correspond à la donnée utile DATA₁. Une opération de glissement temporel des bits de données du second code pseudo-aléatoire PN₂est mise en œuvre, de sorte à décaler le code en 52^èmeposition (qui comprend la donnée utile) en première position du premier segment S₁ _. De cette manière, le pic d’autocorrélation est avantageusement décalé en première position du premier segment S₁. Le message de données MES₁généré par l’émetteur UWB est ensuite transmis vers un récepteur UWB qui va recevoir, stocker et décoder ledit message de données MES₁. Une première étape à la réception du message de données MES₁est le stockage et la lecture de l’en-tête HEAD. La lecture de l’en-tête HEAD et la détermination d’une première fonction d’autocorrélation du premier code pseudo-aléatoire PN₁permettent de déterminer la référence temporelle à partir de laquelle commence le message comprenant les données utiles DATA₁. Une seconde étape à la réception du message de données MES₁est la réception et le stockage des 2⁸codes de données possibles pour le premier segment S₁.

Dans cet exemple, le récepteur comprend deux corrélateurs. Le décodage de la donnée utile DATA₁comprise par le message de données MES₁correspond au calcul d’une fonction d’autocorrélation par un des corrélateurs. Plusieurs messages de données MES₁…MES_n sont transmis en continu par l’émetteur UWB en direction du récepteur. Le temps d’arrivée d’un message MES₁…MES_ncorrespond au moment où la fonction d’autocorrélation est calculée par le corrélateur décodant ledit message MES_n. Durant le calcul de la fonction d’autocorrélation du premier message MES₁, un second message MES₂est envoyé depuis l’émetteur UWB vers le récepteur. Le second corrélateur stocke le second message MES₂pendant que le premier message MES₁est décodé par le premier corrélateur. De cette manière, les messages de données sont avantageusement décodés en continu.

Par exemple, lorsqu’un troisième message de données MES₃est transmis depuis l’émetteur vers le récepteur, le premier message de données MES₁aura été décodé et ledit troisième message de données MES₃pourra être lu et stocké par le premier corrélateur pendant que le second message de données MES₂est décodé par le second corrélateur. Ce processus peut être mis en œuvre de manière continue. La consommation énergétique du système est optimisée par la mise en œuvre en continu des étapes de transmission, de réception et de décodage de l’ensemble des messages de données MES_n.

Un avantage d’utiliser un même code pseudo-aléatoire PN₂pour encoder les données est que les codes sont de même longueur (dans notre cas d’exemple 256 bits). Ainsi, la recherche de la fonction d’autocorrélation sur les 256 bits du premier segment S₁a une durée sensiblement égale au stockage des 256 bits du second segment S₂. Dès lors, il est possible d’alterner entre stockage et décodage au niveau des deux corrélateurs et ainsi de stocker et décoder en continu les messages de données MES_némis par l’émetteur UWB.

L’exemple précédemment décrit vise à illustrer un exemple de réalisation de l’encodage en mode « circulaire » ; toutefois, il est entendu que l’invention n’est pas limitée à cet exemple. On pourra par exemple utiliser des codes PN de longueurs différentes, tels que des codes PN de 128 bits, 512 bits, etc. ou encore un en-tête de taille différente tel qu’un en-tête de 256 bits, 512 bits, 2048 bits, etc. Par ailleurs, il n’est pas exclu d’effectuer un décalage circulaire des bits de données du second code pseudo-aléatoire PN₂de plus de 1 bit dans le cadre de l’invention. On pourra par exemple effectuer des décalages circulaires de 2 bits ; soit 128 décalages possibles pour un code pseudo-aléatoire d’une longueur de 256 bits. Selon un autre exemple, le code est de longueur de 128 bits et des décalages circulaires de 8 bits sont réalisés. Dans ce cas, il est possible de réaliser 16 décalages circulaires différents de bits de données. Un avantage d’une telle mise en œuvre est d’assurer une sécurité temporelle supplémentaire sur la détection des pics d’autocorrélation dans les segments de données (S_n), et par conséquent de s’assurer de ne pas manquer la donnée utile lors du décodage des messages de données par le récepteur.

Selon différents cas, le récepteur peut également comprendre un nombre de corrélateurs différents du nombre de deux corrélateurs décrit dans l’exemple, par exemple 3, 4, 5, 6 jusqu’à 256 corrélateurs en fonction des cas d’usage.

Un avantage d’utiliser 256 corrélateurs est d’avoir la certitude de détecter le pic d’autocorrélation d’un segment donné du message de données MES₁. En effet, dans le cas où le segment de données comprend 256 bits et que la donnée utile DATA₁est encodée sur un octet dudit segment, au moins un des 256 corrélateurs détectera un maximum qui correspond au pic d’autocorrélation et donc au décodage de la donnée utile DATA₁. Un autre avantage de la mise en œuvre de 256 corrélateurs est d’avoir une seconde mesure précise du temps d’arrivée du premier message de données MES₁. En effet, dans ce cas, le temps d’arrivée du message de données MES₁correspond à la durée entre l’émission du premier message de données MES₁par l’émetteur UWB et la détermination du pic d’autocorrélation par l’un des corrélateurs du récepteur UWB.

Selon un mode de réalisation, au moins un premier code pseudo-aléatoire PN₁ou au moins un second code pseudo-aléatoire PN₂est formé à partir d’un même code pseudo-aléatoire initial sur lequel est mis en œuvre un glissement temporel circulaire d’un nombre de bits N_bdonné. Dans ce cas, le code est replié sur lui-même de manière circulaire suite au glissement temporel pour générer un code de même longueur que le code initial. Par exemple, huit codes différents et de même longueur peuvent être construits sur la base d’une même séquence de Barker initiale, par la mise en œuvre de huit décalages temporels circulaires de bits de données différents. Il est possible d’obtenir 16 codes différents à partir de ces huit décalages, en générant les codes inverses de chacun des codes obtenus. Un avantage est d’obtenir 16 valeurs de corrélation possibles.

Dans un mode de réalisation, au moins un premier ou second code pseudo-aléatoire PN₁, PN₂est formé par un décalage temporel circulaire de 8 bits à partir d’un code pseudo-aléatoire initial. D’autres codes sont par exemple formés à partir du code pseudo-aléatoire initial par un décalage temporel circulaire de deux fois 8 bits pour le deuxième code, trois fois 8 bits pour le troisième code et ainsi de suite jusqu’à obtenir le nombre de codes souhaités.

Un avantage est d’optimiser l’orthogonalisation des messages de données entre eux.

Un avantage est de permettre un décodage optimisé des messages de données qui sont tous issus d’un même code initial.

Un autre avantage est d’obtenir une valeur minimale d’autocorrélation en effectuant un décalage temporel d’un nombre minimum de bits de données.

Mode différentiel

Selon un mode de réalisation, la référence temporelle T_sync utilisée pour déterminer la fonction d’autocorrélation d’un segment S_nd’un message de données MES₁…MESncorrespond à un marqueur temporel du début d’un segment précèdent S_n-x.

Un avantage est de pouvoir utiliser des codes pseudo aléatoires PN₁et PN₂de taille sensiblement similaire pour l’en-tête HEAD et pour les différents segments S_ndu message de données MES₁…MES_n _.Dans ce cas, la référence temporelle T_syncpeut changer à la réception de chaque nouveau segment S_n. Dès lors, il est possible d’utiliser un en-tête HEAD de taille réduite, qui ne sera par exemple mis en œuvre que pour déterminer la référence temporelle T_syncpermettant de calculer la fonction d’autocorrélation du premier segment S₁reçu. Avantageusement, l’utilisation d’un premier code pseudo-aléatoire PN₁de taille similaire au second code pseudo-aléatoire PN₂permet de réduire la taille totale du message de données transmis. Par conséquent, la consommation énergétique de l’émetteur et du récepteur est réduite.

Selon un mode de réalisation, l’application de la seconde fonction d’autocorrélation comprend la génération d’un décalage circulaire du au moins un second code pseudo-aléatoire afin de générer une pluralité de produits d’autocorrélation.

Selon un mode de réalisation, le décalage circulaire du second code pseudo-aléatoire est réalisé pour un 1 bit de données.

Création d’un code artificiel

Selon un mode de réalisation, au moins un message de données MES_1…MES_n est encodé par un code « artificiel ». On entend par code artificiel un code comprenant un nombre N_bde bits et pour lequel au moins un bit du code correspond à un autre code de données. Les codes de données encodés par chaque bit du message de données MES_1…MES_nsont par exemple de même taille que le message de données MES₁…MES_n. Ils peuvent également être de tailles différentes selon les cas d’usage.

Dans un mode de réalisation, au moins un bit d’un message de données MES₁…MES_nencodé par second code pseudo-aléatoire PN₂comprenant une séquence de Barker est remplacé par un code artificiel. Selon un exemple, lorsqu’un code externe comprend une séquence de Barker, les bits de données égaux à 1 peuvent être remplacés par une autre séquence de Barker.

Selon un exemple illustratif, le message de données envoyé est le premier message de données MES₁encodé par un premier code d’une longueur N_b= 3 bits. Chaque bit est associé à un code d’une longueur N_b= 3 bits également, et à son code inverse. Par exemple, la valeur « 1 » du bit de données correspond au code encodé sur 3 bits et la valeur « 0 » du bit de données à son code inverse. Dans ce cas, un code dit « artificiel » est créé, qui permet avantageusement d’obtenir un bon pic de corrélation du premier message MES₁transmis. Dans une telle mise en œuvre, un amplificateur « artificiel » de corrélation est avantageusement créé.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la génération d’un code artificiel à partir d’un code pseudo-aléatoire, ledit code artificiel comprenant un premier code de données comprenant un nombre de bits prédéfini, au moins un des bits dudit code artificiel étant encodé par un autre code de données ou par un code inverse dudit code de données.

Système émetteur UWB/ récepteur UWB

Selon un autre aspect, en référence à la , l’invention concerne un système comprenant un émetteur UWB EM_uet un récepteur UWB REC_u. Les éléments du système sont configurés pour mettre en œuvre le procédé de l’invention suivant l’un quelconque de ses modes de réalisation.

L’émetteur EM_uest par exemple positionné sur un objet particulier dont on souhaite déterminer avec précision la position dans un environnement particulier, par exemple un entrepôt fermé. L’émetteur EM_upeut également être apposé sur un objet en mouvement et passant à proximité suffisante d’un dispositif récepteur pour que le signal émis par ledit émetteur soit capté par le récepteur. L’émetteur EM_uest par exemple électriquement passif ; c’est-à-dire qu’il ne fonctionne que lorsqu’il est alimenté en énergie par un équipement distant par l’intermédiaire d’une liaison sans-fil, par exemple une source UHF. Selon une variante, l’émetteur EM_uest électriquement actif, c’est-à-dire qu’il est relié physiquement et de manière constante à une source d’alimentation en énergie ; par exemple une batterie.

L’émetteur EM_ucomprend des moyens pour émettre des signaux radioélectriques UWB en direction d’un dispositif récepteur. De tels moyens comprennent par exemple, et à titre non limitatif, une antenne, un processeur, un oscillateur local, des filtres analogiques et/ou numériques ou encore un amplificateur de puissance, etc. Les signaux radios-électriques émis par l’émetteur EM_ucomprennent par exemple une pluralité de message de données MES₁…MES_n _.

Le récepteur REC_ucomprend des moyens lui permettant de recevoir les signaux radio électriques en provenance de l’émetteur UWB. De tels moyens comprennent par exemple, et à titre non limitatif, une antenne, un démodulateur, un corrélateur, un convertisseur analogique/numérique, un amplificateur, un processeur, un oscillateur local, etc…

Le récepteur REC_ucomporte par exemple un circuit de traitement, comportant un ou plusieurs processeurs et des moyens de mémorisation (par exemple une mémoire électronique) dans lesquels est mémorisé un produit programme d’ordinateur, sous la forme d’un ensemble d’instructions de code de programme à exécuter pour mettre en œuvre les différentes étapes du procédé d’estimation de l’instant d’arrivée d’un message de données MES₁…MES_n. Alternativement ou en complément, le circuit de traitement comporte un ou des circuits logiques programmables (FPGA, PLD, etc.), et/ou un ou des circuits intégrés spécialisés (ASIC), et/ou un ensemble de composants électroniques discrets, etc., adaptés à mettre en œuvre toute ou partie desdites étapes du procédé pour décoder un message de données MES₁…MES_n.

Dans un mode préféré, les liens de communication permettant à l’émetteur EM_uet au récepteur REC_ude communiquer entre eux sont des liens de communication non-filaires. Toutefois, rien n’empêche la mise en œuvre de l’invention dans un mode où les liens de communication entre l’émetteur EM_u et le récepteur REC_usont des liens de communication filaires.

Selon un mode de réalisation, le récepteur REC_ucomprend au moins deux corrélateurs. Chaque corrélateur est configuré pour recevoir et décoder les messages de données MES₁…MES_ntransmis par l’émetteur EM_u. On entend par « décoder » le calcul d’une fonction d’autocorrélation des codes pseudo-aléatoires encodant les messages de données MES₁…MES_ntransmis. Selon un exemple dans lequel le récepteur REC_ucomprend deux corrélateurs, les corrélateurs sont configurés pour alternativement stocker et décoder les messages de données MES₁…MES_ntransmis par l’émetteur EM_u _.

Dans un mode préféré, les messages de données MES₁…MES_n transmis par l’émetteur EM_usont de même taille, par exemple 8 bits. Dans ce cas, le temps de stockage et de décodage de chaque message de données par les corrélateurs est sensiblement égal. Cela permet au système de fonctionner en continu. Avantageusement, la consommation énergétique du système est réduite (puisque l’émetteur ne fonctionne pas en continu « dans le vide »). En effet, les messages transmis par l’émetteur sont instantanément reçus et décodés par le récepteur. Un autre avantage est d’optimiser l’utilisation du canal radio.

Système avec une pluralité de récepteurs UWB

Selon un autre aspect, l’invention concerne un système comprenant un émetteur UWB configuré pour mettre en œuvre l’une quelconque des étapes du procédé selon l’invention et une pluralité de récepteurs UWB. La pluralité de récepteurs UWB mise en œuvre est par exemple une pluralité de balises UWB. Les balises UWB sont par exemple au nombre de trois, ou encore au nombre de quatre, en fonction des cas d’usage. Par exemple, la mise en œuvre d’un système comprenant trois balises permet avantageusement de reconstruire la position de l’émetteur suivant deux axes x et y (selon deux directions) par la mise en œuvre de calculs de position par trilatération. La mise en œuvre d’une quatrième balise dans le système permet avantageusement de reconstruire la position de l’émetteur par trilatération avec une précision accrue, en introduisant une donnée de position de l’émetteur suivant un axe vertical.

L’émetteur EM_uou le récepteur REC_ucomprennent par exemple un module de calcul. Ce module de calcul comprend, par exemple, un ou plusieurs processeur aptes à interpréter des instructions sous forme de programme informatique, un circuit logique programmable, comme un circuit intégré spécifique à une application (ASIC), un réseau de portes programmables in situ (FPGA), un dispositif logique programmable (PLD) et des réseaux logiques programmables (PLA), un système sur puce (SOC)), une carte électronique dans laquelle des étapes du procédé selon l’invention sont implémentées dans des éléments matériels. Le traitement peut être exécuté par un processeur, ou de façon simultanée ou séquentielle, ou selon un autre procédé, par un ou plusieurs processeurs.

Le module de calcul comprend un module de traitement de données pour effectuer des calculs et une mémoire, couplée opérationnellement au circuit traitement de données.

L’émetteur EM_uou le récepteur REC_ucomprennent également un dispositif d’entrée, un dispositif de sortie et un dispositif de communication.

Chaque fonction est exécutée en amenant le module de traitement de données à lire un programme prédéterminé sur un matériel tel que la mémoire de telle sorte que le module de traitement de données exécute des calculs, commande des communications effectuées par le dispositif de communication et à lire et/ou écrire des données dans la mémoire et le support lisible par ordinateur.

L’émetteur EM_ucomporte par exemple un circuit de traitement comportant un ou plusieurs processeurs et des moyens de mémorisation (par exemple une mémoire électronique) dans lesquels est mémorisé un produit programme d’ordinateur, sous la forme d’un ensemble d’instructions de code de programme à exécuter pour mettre en œuvre les différentes étapes pour encoder un message de données MES₁…MES_n.

La mémoire est un support d'enregistrement lisible par ordinateur, et peut être configurée avec, par exemple, au moins l'un des éléments suivants : une mémoire morte (ROM, de l'anglais Read-Only Memory), une mémoire morte effaçable et programmable (EPROM, de l'anglais Erasable Programmable Read-Only Memory), une mémoire morte programmable et effaçable électriquement (ÉEPROM, de l'anglais Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), une mémoire vive (RAM, de l'anglais Random Access Memory) et/ou un autre support de stockage adéquat. La mémoire peut comporter un système d’exploitation et charger les programmes selon l’invention. Elle comporte des registres adaptés à enregistrer des variables de paramètres créés et modifiés au cours de l’exécution des programmes précités. Le produit programme peut comprendre un support d’enregistrement lisible par ordinateur qui est un dispositif tangible, n’étant pas un signal transitoire en soi comme par exemple, de façon non-limitative une carte à puce, un dispositif à mémoire flash, une base de données, un serveur, ou un autre support de stockage adéquat.

En variante, les instructions du programme sont issues d’une source externe et téléchargées via un réseau. Dans ce cas, le produit programme d'ordinateur comprend un support de données lisible par ordinateur sur lequel sont stockées les instructions de programme ou un signal de support de données sur lequel sont codées les instructions de programme.

L’invention se rapporte également à un produit programme d’ordinateur comprenant le support lisible par ordinateur contenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par le circuit, amènent l’émetteur EM_uà mettre en œuvre les étapes du procédé d’encodage d’au moins un message de données MES₁…MES_nde l’invention.

La forme des instructions de programme est, par exemple, une forme de code source, une forme exécutable par ordinateur ou toute forme intermédiaire entre un code source et une forme exécutable par ordinateur, telle que la forme résultant de la conversion du code source via un interpréteur, un assembleur, un compilateur, un éditeur de liens ou un localisateur. En variante, les instructions de programme sont un microcode, des instructions firmware, des données de définition d’état, des données de configuration pour circuit intégré (par exemple du VHDL) ou un code objet. Les instructions de programme sont écrites dans n’importe quelle combinaison d’un ou de plusieurs langages de programmation, par exemple un langage de programmation orienté objet (C++, JAVA, Python), un langage de programmation procédural (langage C par exemple).

Le système peut comprendre une interface utilisateur comprenant dispositif d’entrée et un dispositif de sortie. L'interface utilisateur comprend un dispositif d'entrée pour permettre à utilisateur de saisir des données ou des commandes de façon à pouvoir interagir avec les programmes selon l’invention. Le dispositif de sortie est conçu pour restituer des informations à un utilisateur, de façon sensorielle ou électrique, comme, par exemple de façon visuelle ou sonore.

L’ensemble d’au moins un dispositif de communication permet une communication entre les éléments du système et éventuellement entre au moins un élément du système et un dispositif extérieur au système. Ce dispositif de communication peut établir un lien physique entre des éléments du système et/ou entre un élément du système et un dispositif extérieur au système et/ou un lien en communication à distance (sans fil) entre des éléments du système et/ou entre un élément du système et un dispositif extérieur au système.

Claims

Procédé mis en œuvre par ordinateur pour encoder au moins un message de données (MES_1…MES_n) destiné à être émis par un émetteur UWB à destination d’un récepteur UWB, le procédé comportant :
Génération d’un en-tête (HEAD) encodé par un premier code pseudo-aléatoire (PN₁), ledit en-tête (HEAD) définissant une référence temporelle (T_Sync) après laquelle une séquence de segments de données (S_n) est destinée à être émise ;

Génération de la séquence de segments de données (S_n), chaque segment de données (S_n) encodant au moins une valeur de données utiles (DATA₁, …, DATA_n) au moyen d’un second code pseudo-aléatoire (PN₂) et à partir de :

la référence temporelle (T_Sync),

une position du segment de données (S_n) dans la séquence ;

un pic d’autocorrélation du second code pseudo-aléatoire (PN₂).
Procédé selon la revendication 1, dans lequel chaque segment de données comprend un ensemble de bits, le procédé comprenant une opération de glissement temporel d’un sous-ensemble de bits, encodant la valeur de données utiles (DATA₁…DATA_n) d’au moins un segment de données (S_n), de la séquence de segments de données (S_n) pour positionner ledit sous-ensemble de bits en première position dans le segment de données (S_n).
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant la génération du premier code pseudo-aléatoire (PN₁) et/ou du second code pseudo-aléatoire (PN₂) à partir d’un code pseudo-aléatoire initial.
Procédé d’encodage selon la revendication 3, comprenant la génération du premier code pseudo-aléatoire (PN₁) ou du second code pseudo-aléatoire (PN₂) en remplaçant au moins un bit du code pseudo-aléatoire initial par un code pseudo-aléatoire de remplacement.
Procédé d’encodage selon la revendication 4, dans lequel la génération du premier code pseudo-aléatoire (PN₁) ou du second code pseudo aléatoire (PN₂) comprend le remplacement de chaque bit du premier code pseudo-aléatoire de remplacement par un deuxième code pseudo-aléatoire de remplacement.
Procédé d’encodage selon l’une quelconque des revendications 4 à 5, dans lequel le code pseudo-aléatoire initial comprend une première séquence de Barker, et dans lequel le premier code pseudo-aléatoire de remplacement comprend une deuxième séquence de Barker.
Procédé d’encodage selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, comprenant la génération d’une pluralité de second codes pseudo-aléatoire (PN₂) à partir du code pseudo-aléatoire initial en appliquant successivement des décalages temporels d’un nombre de bits (N_b) prédéfini au code pseudo-aléatoire initial et dans lequel la génération de l’ensemble de segments est réalisée à partir de la pluralité de seconds codes pseudo-aléatoire (PN₂).
Procédé d’encodage selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier code pseudo-aléatoire (PN₁) présente un nombre de bits (N_b) plus grand que le nombre de bits du second code pseudo-aléatoire (PN₂).
Procédé mis en œuvre par ordinateur pour localiser un émetteur comprenant l’encodage du message de données (MES_1…MES_n) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le procédé comprenant la réception d’une pluralité de messages de données (MES₁…MES_n) par une pluralité de balises UWB, chaque balise comprenant une horloge, ladite réception comprenant :
synchronisation des horloges des balises UWB entre-elles ;

horodatage, par chaque horloge, de la réception des messages de données (MES₁…MES_n);

calcul de la position de l’émetteur à partir des messages de données (MES₁…MES_n) reçus par la pluralité de balises UWB ;
Procédé mis en œuvre par ordinateur de décodage d’au moins un message de données (MES_1…MES_n) encodé par le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, et émis par un émetteur UWB comprenant :
Mesure d’un premier signal d’arrivée, démodulation du premier signal d’arrivée et calcul d’une première fonction d’autocorrélation du signal démodulé ;

Détermination d’un premier pic d’autocorrélation de la première fonction d’autocorrélation ;

Détermination de la référence temporelle (T_sync) à partir dudit premier pic d’autocorrélation ;

Mesure d’une pluralité de seconds signaux d’arrivée, démodulation des seconds signaux d’arrivée et, pour chaque second signal d’arrivée :

Calcul d’une seconde fonction d’autocorrélation du second signal démodulé ;

Détermination d’un deuxième pic d’autocorrélation de la seconde fonction d’autocorrélation ;

Mesure d’un décalage temporel entre la référence temporelle (T_sync) ou le début d’un segment de données (S_n) et le deuxième pic d’autocorrélation,
Procédé de décodage selon la revendication 10, dans lequel l’application de la seconde fonction d’autocorrélation comprend une opération de glissement temporel d’un sous-ensemble de bits pour générer une pluralité de produits d’autocorrélation.
Un émetteur UWB (EM_u) comprenant un calculateur configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé d’encodage selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
Un récepteur UWB (REC_u) comprenant un calculateur configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé de décodage selon l’une quelconque des revendications 10 à 11.
Système d’encodage et de décodage d’au moins un message de données (MES₁ _…MES_n) comprenant un émetteur UWB selon la revendication 12 et un récepteur UWB selon la revendication 13.
Système d’encodage et de décodage d’au moins un message de données (MES_1…MES_n) comprenant un émetteur UWB (EM_u) selon la revendication 12 et :
Une pluralité de balises UWB comprenant chacune :

Une horloge pour mesurer des données d’horodatage de la réception des messages de données (MES_1…MES_n) transmis par l’émetteur UWB (EM_u) ;

Un calculateur pour :

Synchroniser les horloges de la pluralité de balises UWB entre elles ;

Calculer par trilatération une donnée de position de l’émetteur UWB (EM_u) à l’origine de l’émission du message de données (MES₁…MES_n).