DEMODULATEUR DE SIGNAUX MODULES PAR POSITION
D'IMPULSIONS, PROCEDE DE DEMODULATION ET RECEPTEUR DE
SIGNAUX EQUIPE DU DEMODULATEUR.
Domaine technique
La présente invention concerne un démodulateur de signaux modulés par position d'impulsions, et un récepteur équipé d'un tel démodulateur. Elle concerne aussi un procédé de démodulation correspondant. La transmission de données au moyen d'un signal modulé par position d'impulsions, comprend l'émission d'un signal porteur avec des impulsions de durée très courte et un rapport cyclique très faible. Les impulsions reçues sont des impulsions analogiques. Selon les applications, ce signal reçu peut être ensuite traité soit de façon analogique, soit être numérisé, échantillonné, ...
Les impulsions ont généralement une durée inférieure à la nanoseconde et présentent un rapport cyclique inférieur à 1%. Le temps moyen qui sépare deux impulsions est de l'ordre de 100 nsec, ce qui correspond à une fréquence de 10MHz. L'information portée par le signal est codée par la position, c'est- à-dire l'occurrence temporelle des impulsions. Plus précisément, l'information est codée sous la forme de légers décalages temporels δ qui affectent ou non les impulsions. En d'autres termes encore, l'information transmise est codée par le fait que certaines impulsions sont émises légèrement en avance ou en retard par rapport à leur instant d'occurrence normal.
La bande passante des signaux modulés par position d'impulsion est très large, de l'ordre de 1 à 5 GHz. Ainsi, les signaux modulés par position d' impulsion sont encore connus sous la dénomination de "signaux U B" (Ultra-Wide Bandwidth - ultra-large bande) .
L'invention trouve des applications dans le domaine de la transmission de signaux et notamment dans la transmission de signaux par voie hertzienne radio.
Etat de la technique antérieure.
Une description de l'état de la technique est donnée ci-après en référence à la figure 1 annexée.
Elle peut être complétée par le document (1) dont les références sont précisées à la fin de la description.
La figure 1 représente très sommairement un récepteur de signal modulé par position d'impulsions.
Il comprend un amplificateur 10 relié à une antenne 12.
Après amplification, le signal de réception r(t) est dirigé vers une première entrée 22 d'un corrélateur 20.
Une deuxième entrée 24 du corrélateur reçoit un signal de décodage v(t) qui est utilisé pour déterminer les positions temporelles des impulsions du signal de réception. Le corrélateur effectue une inter-corrélation entre le signal de réception et le signal de décodage.
Il est associé à une unité de traitement en bande de base 26 pour délivrer finalement des données démodulées en une sortie S. Les données délivrées en sortie correspondent à celles initialement codées dans le signal r(t) modulé par position d'impulsions.
Le signal de décodage v(t) est fourni par un générateur d'impulsions 30 cadencé par une horloge 32.
Une unité de synchronisation 34, reliée à l'unité de traitement 26 est prévue pour synchroniser le signal de décodage .
Le dispositif selon la figure 1 pose un certain nombre de problèmes. Ceux-ci sont essentiellement liés à la génération d'un signal de décodage et à la synchronisation du signal, cadencé par une horloge locale, avec le signal de réception.
Une autre difficulté est liée à une sensibilité du récepteur à des signaux perturbateurs en provenance d'émetteurs concurrents, et au bruit.
Exposé de l'invention
L'invention a pour but de proposer un démodulateur et un récepteur de signal ne présentant pas les difficultés mentionnées ci-dessus.
Un autre but est de proposer un démodulateur et un récepteur simplifié, ne contenant pas d'horloge locale, et qui ne nécessite pas la synchronisation d'un signal de décodage, généré à partir d'une horloge locale, avec le signal de réception.
Un but est aussi de proposer un démodulateur et un récepteur peu sensibles au bruit et peu sensibles à des signaux d'émetteurs concurrents.
Un but est encore de proposer des dispositifs de faible coût, comprenant un -faible nombre de composants et qui présentent une faible consommation électrique.
L'invention a pour autre but de proposer un procédé de démodulation correspondant aux dispositifs.
Pour atteindre ces buts, l'invention a plus précisément pour objet un démodulateur de signal modulé par position d'impulsions, comprenant un corrélateur. Conformément à l'invention, le corrélateur est un auto- corrélateur pourvu de moyens pour générer un signal de décodage à partir d'un signal de réception modulé par position d'impulsion. Grâce aux caractéristiques de l'invention, le même signal de réception est utilisé comme signal vecteur de l'information codée et comme source pour générer un signal de décodage (démodulation). Or, comme il s'agit du même signal, les problèmes de synchronisation avec une horloge locale sont éliminés. Une horloge de référence locale est par ailleurs inutile.
Selon une réalisation de l'invention, l' auto- corrélateur comprend une première unité de retard pour former un premier signal de réception retardé et ,un multiplicateur pour multiplier le premier signal de réception retardé par le signal de décodage. Le premier signal de réception retardé est affecté d'un retard sensiblement égal à un temps moyen de répétition des impulsions. Le temps moyen de répétition des impulsions, noté Δ dans la suite du texte, correspond en fait à une durée moyenne séparant deux impulsions successives. On considère un temps de répétition moyen, dans la mesure où il peut être affecté du retard ou de l'avance δ des impulsions individuelles. Cependant, il convient de garder à l'esprit que la durée δ est faible devant Δ.
Grâce à la première unité de retard, la corrélation a lieu, en quelque sorte, entre le signal de réception et le signal de réception retardé . Pour conserver une bonne synchronisation entre les impulsions retardées et les impulsions non retardées, le démodulateur peut comporter une boucle à verrouillage de délai connectée entre la sortie du corrélateur et une entrée de réglage de la première unité de retard. La boucle à verrouillage de délai peut être connectée à la sortie du corrélateur par l'intermédiaire d'un filtre passe bas. Le rôle de ce filtre passe-bas et le fonctionnement de la boucle sont décrits ultérieurement.
Dans une autre réalisation du dispositif, particulièrement insensible à des signaux parasites ou à du bruit, les moyens pour générer un signal de décodage sont aptes à fournir un signal de décodage et peuvent comporter une deuxième unité de retard et un additionneur/soustracteur pour former le signal de décodage par combinaison du signal de réception retardé et du signal de réception non retardé, le signal retardé présentant un retard sensiblement égal à un décalage temporel de codage du signal.
On entend par' décalage temporel de codage du signal un décalage temporel δ qui correspond à l'avance ou éventuellement au retard des impulsions individuelles et qui code l'information portée par le signal. Le retard introduit par la deuxième unité de retard est égal à, ou voisin de la valeur de décalage δ. Cette valeur est connue pour un type de codage donné et est sensiblement constante. La valeur de décalage δ
est de l'ordre de la centaine de picosecondes, par exemple .
La formation d'un signal de décodage par soustraction au signal de réception du signal de réception retardé permet de rendre le signal de décodage dissymétrique et autorise ainsi une distinction entre des impulsions en avance et des impulsions en retard.
Comme évoqué précédemment, l'invention concerne également un récepteur, et notamment un récepteur radio, pourvu d'un démodulateur tel qu'indiqué ci- dessus . Le récepteur peut comporter en outre une antenne, un amplificateur d'antenne et une .unité de mise en forme du signal démodulé fourni en sortie du corrélateur.
L'invention concerne enfin un procédé de démodulation d'un signal modulé par position d'impulsions, dans lequel on forme un signal de décodage à partir du signal de réception modulé, et dans lequel on effectue une corrélation entre le signal de décodage et le signal de réception retardé.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en référence aux figures des dessins annexés. Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif.
Brève description des figures. - La figure 1, déjà décrite, est une représentation sommaire et schématique d'un récepteur
de signaux modulés par position d'impulsions, illustrant l'état de la technique.
- La figure 2 est une représentation sommaire et schématique d'un récepteur de signaux modulés par position d'impulsions, conforme à l'invention.
- La figure 3 est un schéma simplifié illustrant une réalisation particulière d'un démodulateur utilisable dans un récepteur conforme à la figure 2. - La figure 4 est un chronogramme illustrant un fonctionnement possible d'un démodulateur conforme à la figure 3.
- La figure 5 est un chronogramme illustrant un autre fonctionnement possible du démodulateur.
Description détaillée de modes de mise en œuyre de 1' invention.
Dans la description qui suit, des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures sont repérées par les mêmes signes de référence pour faciliter le report entre les figures.
Le récepteur de signaux modulés par position d'impulsions de la figure 2 comprend une antenne 112, un amplificateur d'antenne 110, un démodulateur 120 et une unité de mise en forme du signal 140. Le démodulateur se résume, pour l'essentiel, à un auto- corrélateur. Il est dépourvu de moyens autonomes de formation d'un signal de décodage local. Le signal r(t) délivré à la sortie de l'amplificateur est appliqué à une entrée 122 du démodulateur. Le signal de réception est directement utilisé par le démodulateur comme
signal vecteur d'information et comme base pour la formation d'un signal de décodage. La sortie 123 du démodulateur délivre un signal démodulé. Ce signal peut être exploité directement ou, comme le montre la figure 2, être dirigé vers l'unité de mise en forme de signal 140. Cette unité peut être, par exemple, un circuit électronique, analogique ou numérique, permettant de mettre le signal sous forme d'impulsions logiques. De façon plus simple, l'unité 140 peut se résumer à un filtre intégrateur passe-bas.
La référence 130 désigne une boucle à verrouillage de délai permettant un fonctionnement optimisé du démodulateur.
La figure 3 montre de façon plus détaillée une possibilité de réalisation du démodulateur 120.
Une section du démodulateur comporte une première unité de retard 154 qui reçoit également le signal de réception r(t). La première unité de retard affecte le signal modulé de réception d'un retard Δ égal à, ou voisin d'un temps moyen de répétition des impulsions. Il est égal, par exemple à 100 nanosecondes . La première unité de retard fournit un signal de la forme r(t-Δ) .
Le démodulateur comprend une autre section de formation d'un signal de décodage v(t) à partir du signal de réception r(t) appliqué à l'entrée 122. La section comporte une deuxième unité de retard 150 capable d'affecter le signal de réception r(t) d'un retard δ. Le retard δ est par exemple de l'ordre du dixième de nanoseconde à une nanoseconde. Il est ajusté de façon à être égal à, ou voisin du décalage temporel
de codage des impulsions du signal. Le signal retardé est appliqué à une entrée d'un additionneur/soustracteur 152. L'additionneur/ soustracteur 152 reçoit par ailleurs le signal de réception non retardé pour le combiner au signal retardé. Dans l'exemple illustré, la combinaison est une simple soustraction du signal retardé au signal non retardé. On obtient ainsi un signal de décodage non symétrique du type v(t)= r(t-δ)-r(t). La variable t indique simplement la dépendance temporelle du signal.
Le signal de décodage et le signal modulé retardé en provenance de la première unité de retard sont fournis à un multiplieur 160. Le multiplieur, qui constitue le cœur de 1 'auto-corrélateur, fournit un produit des signaux d'entrée. Ce produit est nul lorsque en particulier l'un des signaux est nul à un temps t donné. Cette probabilité est liée au rapport cyclique du signal normalement reçu, qui est très faible. Ce produit peut aussi être voisin de zéro, en moyenne, dans le cas de signaux non nuls mais n'ayant pas de propriété de corrélation. Cette caractéristique permet d'écarter très facilement les bruits parasites ou les signaux concurrents..
Lorsque les signaux v(t) et r(t-Δ) sont simultanément non nuls, le multiplieur délivre une impulsion. Dans un fonctionnement particulier, décrit plus loin en référence à la figure 4, l'impulsion délivrée par le multiplieur est soit positive, soit négative, soit nulle, en moyenne. Le signe de l'impulsion est dictée par le fait que les impulsions du signal de décodage v(t) sont en avance, en retard,
ou synchronisées sur ceux du signal modulé retardé r(t-Δ) .
Le signe des impulsions délivrées par le multiplieur, constitue déjà ainsi un signal démodulé. Le signal disponible à la sortie de l' auto-corrélateur, peut être mis sous une forme plus habituelle d'impulsions logiques avec une succession d'états hauts et bas. Cette conversion est réalisée très simplement, dans l'exemple illustré, par un filtre passe-bas 140. La constante d'intégration de ce filtre est choisie ,de préférence supérieure à Δ.
Le signal démodulé, disponible à la sortie du filtre 140, est le signal de sortie. Il peut être dirigé par exemple vers des dispositifs de restitution divers, tels que des dispositifs de restitution de sons, selon la destination du démodulateur.
La figure 3 montre que la deuxième unité de retard 154 présente une entrée de réglage 156. Cette entrée peut être avantageusement utilisée pour un réglage fin du retard Δ. Un réglage précis de la valeur de Δ permet d'adapter finement le démodulateur pour la démodulation de signaux avec des impulsions très brèves et permet une bonne élimination des parasites.
Le réglage du retard est opéré par une boucle à verrouillage de délai 130 qui relie la sortie du filtre passe-bas 140 à l'entrée de réglage 156.
Le fonctionnement d'un démodulateur tel que décrit ci-dessus apparaît plus clairement en référence aux figures 4 et 5 décrites ci-après. La figure 4 correspond à la démodulation d'un signal pour lequel les impulsions codant une première
valeur logique (1) sont affectées d'un décalage temporel positif +δ et les impulsions codant une deuxième valeur logique (0) sont affectées d'un décalage négatif -δ. Une première ligne A de la figure 4 indique les valeurs logiques correspondant à différentes impulsions successives considérées. Ces valeurs sont 1, 0, 0, et 1.
La ligne B représente les impulsions du signal de réception r(t). On peut observer les décalages +δ et -δ des impulsions, par rapport à leur occurrence « normale » indiquée par des lignes en trait discontinu. Le temps qui sépare deux occurrences normales des impulsions est le temps moyen de répétition des impulsions, déjà largement évoqué.
La référence P indique une impulsion parasite qui n'est pas en phase avec les impulsions du signal de réception.
La ligne C représente les impulsions du signal retardé r(t-Δ) issu de la deuxième unité de retard (154 sur la figure 3) . On peut observer que le retard Δ n'est pas toujours exactement le même pour toutes les impulsions. Il subit de très faibles variations tout en restant égal ou voisin du temps Δ0 de répétition moyen des impulsions. Dans l'exemple illustré, le retard Δ peut prendre deux valeurs comprises entre Δ0-δ et Δ0+δ. Dans l'exemple de la figure les deux valeurs sont : Δa=Δ0 et Δb=Δ0+δ.
En raison de la durée très faible du décalage temporel de codage devant le temps moyen de répétition
des impulsions, on peut considérer en première approximation que le retard Δ est égal à Δ0.
Des flèches entre les lignes B et C indiquent, dans l'exemple illustré, lesquelles des valeurs Δa et Δb sont retenues dans chaque cas pour former le signal retardé r(t-Δ). On observe que l'impulsion parasite P subit ici également un décalage.
La ligne D représente le signal de décodage v(t) disponible à la sortie de l'additionneur/ soustracteur 152. Pour des raisons de simplification les impulsions parasites ne sont pas représentées sur la ligne D de la figure 4.
Enfin, la ligne E représente le produit r(t-Δ)Xv(t) fourni par le multiplieur 160. En confrontant la ligne A à la ligne E, on remarque que la transition d'une donnée codée 1 à une donnée codée 0 se traduit par une impulsion positive à la sortie du multiplieur, et la transition d'une donnée codée 0 à une donnée codée 1 se traduit par une impulsion négative à la sortie du multiplieur. L'absence de transition, c'est-à-dire la conservation d'un état logique 0 ou 1 d'une impulsion à la suivante se traduit par une impulsion de valeur moyenne voisine de zéro à la sortie du multiplieur. Ceci apparaît pour la troisième impulsion du signal donné en exemple sur la figure 4. On peut noter que la multiplication fait disparaître les impulsions parasites qui sont multipliées par zéro dans tous les cas où elles ne coïncident pas exactement avec une impulsion de signal. La dernière ligne F de la figure 4 montre le signal mis en forme par le filtre passe-bas 140 prévu
en aval du multiplieur 160. Le filtre passe-bas agit ici comme un intégrateur. Une impulsion négative du signal à la sortie du multiplieur se traduit par un niveau de sortie bas Nb. A l'inverse, une impulsion positive du signal à la sortie du multiplieur se traduit par un niveau de sortie haut Nh. Une impulsion de valeur moyenne nulle a pour effet de maintenir le niveau bas ou haut précédemment atteint .
La boucle à verrouillage de délai 164 décrite en référence à la figure 3 permet d'appliquer les états de sortie haut ou bas à l'entrée de réglage 156 de la deuxième unité de retard 154. L'unité, dans cet exemple de mise en œuvre, est conçue pour appliquer au signal de réception un retard Δa lorsque le niveau appliqué à son entrée de réglage est le niveau bas et pour appliquer au signal de réception le retard Δb lorsque le niveau appliqué à son entrée de réglage est le niveau haut. Le passage de Δa à Δb revient simplement à ajouter ou à retrancher au retard une valeur δ. La figure 5 montre un autre fonctionnement possible du démodulateur pour un signal présentant un codage logique différent. Le codage est basé sur le fait qu'un premier état logique (0) se traduit par un décalage nul des impulsions par rapport à leur position temporelle d'occurrence normale et qu'un deuxième état logique (1) se traduit par un décalage +δ des impulsions par rapport à leur position temporelle d' occurrence normale .
Les différentes parties A à F de la figure 5, correspondent aux mêmes types de signaux que ceux
représentés à la figure 4, de sorte que l'on peut les comparer deux à deux.
Dans l'exemple relatif à la figure 5, la deuxième unité de retard affecte le signal de réception r(t) d'un retard Δ compris entre deux bornes extrêmes. Ces bornes sont Δa=Δ0, soit le temps moyen de répétition des impulsions, et Δb=Δ0 +δ. De façon plus précise, le retard Δ peut prendre deux valeurs qui sont Δ0 et Δ0+ε, où ε est une durée inférieure ou égale au décalage temporel de codage δ.
Des flèches indiquent sur la figure 5 respectivement lequel des retards Δa ou Δb est pris en compte.
Les parties D, Ξ et F de la figure 5 ne se distinguent pas foncièrement des mêmes parties de la figure 4. On peut ainsi se reporter à la figure qui précède.
DOCUMENTS CITES
(D
"IMPULSE RADIO", IEEE PIMRC97, Helsinki Finland, 1997, pages 245-267, de Robert A. Scholtz et Moe Z. Win