WO2004066517A1 - Procede et systeme de reception d'un signal ultra-large bande a nombre de trajets de propagation auto-adaptatif - Google Patents

Procede et systeme de reception d'un signal ultra-large bande a nombre de trajets de propagation auto-adaptatif Download PDF

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WO2004066517A1
WO2004066517A1 PCT/FR2003/003724 FR0303724W WO2004066517A1 WO 2004066517 A1 WO2004066517 A1 WO 2004066517A1 FR 0303724 W FR0303724 W FR 0303724W WO 2004066517 A1 WO2004066517 A1 WO 2004066517A1
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WO
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correlation
direct
pulses
successive
propagation
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PCT/FR2003/003724
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Inventor
Benoît MISCOPEIN
Jean Schwoerer
Eric Batut
Original Assignee
France Telecom
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B1/7163—Spread spectrum techniques using impulse radio
    • H04B1/719—Interference-related aspects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B1/7163—Spread spectrum techniques using impulse radio
    • H04B1/71637—Receiver aspects

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for receiving an ultra-wideband signal with a number of self-adaptive propagation paths.
  • the technique of radio communications in ultra-broadband signal does not use a carrier frequency. Instead of modulating a carrier signal or carrier wave, the information to be transmitted is transmitted directly in baseband, using very short duration carrier pulses, less than a nanosecond, and therefore with a very large bandwidth. , several GHz.
  • a UWB signal is not a continuous signal but, on the contrary, a train of very brief pulses and of very low duty cycle.
  • Multiple access to the transmission by such a signal is usually carried out by making time hops governed by a pseudo-random sequence.
  • the signal can be modulated in amplitude, by the form factor or even the delay of successive pulses.
  • the techniques for transmitting and receiving UWB signals are sui generis techniques, approaching techniques for detecting spread spectrum signals.
  • UWB "rake" signal receivers are designed to operate in disturbed environments, where the topology of the place of use creates complex, variable or slowly variable transmission channels, due to numerous multiple secondary propagation paths , and prohibits, in practice, the existence of a propagation path in direct vision.
  • UWB signal receivers known from the state of the art usually have a so-called "rake" structure inspired by those used for spread spectrum signal receivers.
  • the aforementioned UWB receivers comprise a branch for receiving by rake "finger", each branch reception actually processing a determined reception path.
  • the output of each of the reception branches is recombined, after weighting, ai, ... ot j , a, according to the strategy adopted by the designer of the receiver.
  • a reception branch is constituted by an analog correlator, a correlation pattern generator and an analog integrator.
  • the continuation of the path relating to the reception branch considered is ensured by the receiver control logic.
  • the receiver control logic triggers the generation of a pattern corresponding to the instants of arrival of a pulse.
  • the latter generates a correlation pattern designed to have a high intercorrelation value with the received pulse and a zero intercorrelation value in the presence of white noise.
  • a large intermediate intercorrelation value indicates the presence of a direct or secondary pulse.
  • FIG. 1C represents, by way of illustration, an example of this principle in the case of a 2-PPM digital modulation, the transmission of binary values 0 and 1 being represented by the transmission of two pulses A and B offset in time.
  • the correlation pattern is designed so that the value of the intercorrelation coefficient is positive in the presence of an unbalanced pulse (A), corresponding to the transmission of a zero but negative value in the presence of an offset pulse (B) , corresponding to the transmission of a value one, and zero in the absence of pulses.
  • the correlation pattern is thus symmetrical with respect to a center of symmetry.
  • FIG. 1 D Another concrete example illustrated in the case of a PPM modulation with two simultaneous users each having a pseudo-random sequence is represented in FIG. 1 D.
  • the symbol is repeated three times, each user therefore emitting three pulses, representative of the same symbol. Consequently, the symbol time T s is divided into three frames Tf in which each user codes a single unique pulse.
  • each pulse is offset by a time interval ⁇ relative to the start of each elementary frame interval when the binary transmission represented is that of the value 1 instead of the value 0, in the absence of offset.
  • the object of the present invention is to remedy all of the drawbacks of the prior art of implementing rake UWB signal receivers.
  • an object of the present invention is the implementation of a method and a system for receiving an ultra-wideband UWB signal, the hardware architecture of which is notably simplified with respect to that of the UWB rake receivers of the prior art.
  • Another object of the present invention is the implementation of a method and a system for receiving a UWB signal thanks to which the implementation costs are significantly reduced, due to the aforementioned simplification.
  • Another object of the present invention is the implementation of a method and a system for receiving an ultra-broadband signal by which, despite the significant simplification of the structure implemented, an improvement in the quality link and overall performance is obtained significantly due to the absence of a physical limitation on the number of primary and secondary propagation paths actually processed.
  • Another object of the present invention is, finally, due to the absence of a physical limitation on the number of main and secondary paths actually mentioned above, the implementation of a method and a system for receiving an ultra signal -width band with number of propagation paths actually treated auto-adaptive, which optimizes the quality of the radio link between transmitter and receiver, even in the presence of a transmission channel from a severe variable environment.
  • the UWB reception method and system, objects of the present invention find application to the radio link of domestic or professionals of all types, in particular in environments corresponding to a transmission channel over the radio channel that is significantly disturbed or variable.
  • FIGS. 1A to 1 D relating to the prior art:
  • FIG. 2 shows, by way of illustration, a flow diagram of the essential steps allowing the implementation of the method which is the subject of the present invention
  • FIGS. 3A to 3D represent, by way of pure illustrative example, timing diagrams for the detection of symbols transmitted according to multiple paths, from a composite correlation pattern, in accordance with the method which is the subject of the present invention, in the case where the transmission is carried out by way of nonlimiting example in 2-PPM mode, the direct and secondary pulses, propagating along a respectively secondary direct path, being taken into account;
  • FIG. 4A represents, by way of purely illustrative example, the functional diagram in the form of block diagrams, of a system for receiving a UWB signal with number of self-adaptive propagation paths, in accordance with the object of the present invention
  • - Figure 4B shows, by way of illustration, a flowchart for implementing the operation of the system object of the invention, as shown in Figure 4A.
  • the process for transmitting the ultra-wideband signal corresponds to that described above in connection with FIGS. 1A to 1 D, the reception method which is the subject of the invention making it possible, under these conditions, receive over a symbol time T s , a series of successive modulated direct pulses, each pulse propagating along at least one direct propagation path with which is associated a plurality of successive secondary pulses distinct, each propagating along a secondary propagation path distinct from the direct propagation path.
  • each direct pulse corresponds to the shortest propagation time
  • each separate successive secondary pulse, associated with the aforementioned direct pulse then being successively offset in time relative to the instant of reception of the direct impulse with which the latter are associated.
  • the direct and secondary propagation paths in no way prejudge the number of reflections of the corresponding pulse propagating on these paths.
  • the distinct successive secondary pulses are generated by a substantially increasing number of reflections, each reflection being the seat of an attenuation, and the distinct successive secondary pulses are considered to have a substantially decreasing amplitude or energy as a function of their reception rank. .
  • IDy pulses are considered, these pulses corresponding, for example, to the transmitted pulses, as shown in FIG. 1D, when the modulation is of the 2-PPM type for example.
  • the index i designates the user 1 or 2
  • the index j designates the rank of the pulse transmitted in each frame T f according to the pseudo-random code assigned to each user.
  • the time shift ⁇ is the same as in the case of Figure 1 D for simplification.
  • the method which is the subject of the invention then consists in receiving, in a step A, the series of successive direct pulses. modulated and the plurality of secondary pulses associated with each of the successive direct pulses modulated on the same reception circuit.
  • i and j represent the user reference, respectively the frame reference in time symbol T s and k represents the rank of the received pulse, direct pulse and / or secondary pulse.
  • the reception step A is then followed by a step B consisting in generating, by calculation, a composite correlation pattern constituted by a series of elementary correlation patterns.
  • each elementary correlation pattern corresponds, in the nonlimiting example of the 2-PPM modulation, to the so-called template signal represented in FIG. 1C.
  • the series of elementary correlation patterns comprises a first elementary correlation pattern associated with each direct pulse, that is to say any pulse corresponding in position in each frame T f to the position given by the pseudo-random code assigned to each user and, of course, successive elementary correlation patterns each associated with a successive secondary pulse of rank k, ke [1, N].
  • the composite correlation pattern is designated according to the notation:
  • the procedure is, by way of nonlimiting example, of the detection by sliding correlation of all of the respectively secondary direct pulses received over a symbol time. It is indicated, in fact, that the calculation thus carried out on a symbol time can then be used for the next symbol time, due to the fact that, on a symbol time, if necessary on two consecutive symbol times, the transmission channel is considered to be substantially invariable.
  • the process of implementing and calculating the composite correlation pattern will be described in more detail in the description.
  • Step B is then followed by a step C consisting in calculating the value of the overall intercorrelation coefficient between each direct pulse associated with the plurality of secondary pulses and the composite correlation pattern.
  • step C of Figure 2 this operation is noted:
  • GCC designates the value of the overall intercorrelation coefficient obtained between each direct pulse associated with the plurality of secondary pulses and the aforementioned composite correlation pattern.
  • GGC is thus formed by the sum of the intercorrelation coefficients of each of the direct and secondary pulses obtained for each of the modulated pulses transmitted for the same symbol and represents an overall correlation value of the symbol transmitted for each user.
  • the operation of calculating the overall cross-correlation coefficient thus comprises, with reference to step C of FIG. 2, the calculation of the elementary cross-correlation coefficient between each elementary cross-correlation pattern and the direct pulse respectively the secondary impulse associated with each of the elementary intercorrelation patterns, then integration, over time symbol T s , of the set of values of elementary intercorrelation coefficient.
  • FIG. 3A the series of successive modulated direct pulses and of secondary pulses associated with each of the direct pulses has been shown in the non-limiting case of FIG. 1 D.
  • the composite correlation pattern as shown in FIG. 3B, can then be generated in the following manner:
  • the process of calculating the value of the global intercorrelation coefficient GCC is then carried out, as shown in FIGS. 3C, then 3D, for each of the users and, of course, for the direct pulses and the secondary pulses associated with the latter. from the composite correlation pattern, represented in FIG. 3B, and from the succession of the aforementioned pulses.
  • the choice of the number of pulses retained can be guided by considerations relating either to the level of amplitude and / or energy of the secondary pulses or, more simply, to the effective number of pulses retained.
  • the number of secondary pulses retained can consist in discriminating any direct pulse of the same frame and in retaining the secondary pulses comprised between two successive direct pulses or even three pulses. successive direct. The number of secondary pulses thus retained makes it possible to define and retain the N first paths.
  • Another possibility for the choice of the number of secondary pulses may consist, for the countable set of direct pulses and of secondary pulses considered, to retain N paths for which the amplitude or the energy of the direct pulse respectively secondary impulses is maximum.
  • the number N of paths retained can be adapted either according to a criterion for selecting the N first paths for execution of faster processing, or, on the contrary, according to a criterion for selecting N paths corresponding to a amplitude and / or maximum energy of the direct pulse and the secondary pulses as a function of the propagation conditions.
  • a criterion for selecting the N first paths for execution of faster processing or, on the contrary, according to a criterion for selecting N paths corresponding to a amplitude and / or maximum energy of the direct pulse and the secondary pulses as a function of the propagation conditions.
  • this process consists, in fact, in establishing by correlation over at least one symbol time T s , an image of the transmission channel in terms of direct pulses and secondary pulses of propagation time and difference in propagation time between direct pulses and successive secondary pulses, then to update, by sliding correlation, the image of the transmission channel transmission to update the appearance and disappearance of secondary propagation paths, where appropriate direct propagation paths, and establish, over at least one symbol time, the composite correlation pattern as an updated image of the transmission channel.
  • the common reception circuits comprise an antenna A n and a low noise amplifier LNA constituting antenna amplifier.
  • They also include a channel 1 for acquisition and updating over at least one symbol time T s of an image of the transmission channel in terms of direct pulses and secondary pulses, propagation time and difference in propagation time between direct pulses and successive secondary pulses.
  • the acquisition and updating channel 1 makes it possible, by sliding correlation, to update the appearance and disappearance of secondary propagation paths, as well as of the main propagation path and, of course, to establish on at least one symbol time a composite correlation pattern, the pattern MCCy k previously mentioned in the description.
  • the acquisition and updating channel 1 makes it possible to deliver a path list signal representative of the image of the transmission channel, the path list being denoted LT in FIG. 4, this list being delivered for example for each symbol time T s .
  • the path list signal can correspond to the designation of the instants, over the symbol time, at which each elementary correlation pattern must be generated successively to produce the composite correlation pattern MCCy k previously. city.
  • the instants designated by the path list signal LT are, of course, offset in time relative to the instant of the first elementary correlation pattern associated with each direct pulse of the difference in propagation time between the propagation time of the direct pulse on the direct propagation path and the propagation time of the associated secondary pulse propagating on the corresponding secondary propagation path.
  • the system which is the subject of the present invention comprises a single correlation channel 2 receiving the list signal of direct and secondary propagation paths LT, the single correlation channel 2 making it possible to calculate the value of the global intercorrelation coefficient GCC between each direct pulse associated with the plurality of secondary pulses and the composite correlation pattern MCCy k .
  • the aforementioned acquisition and updating channel 1 comprises a global correlation acquisition and tracking channel, denoted 1 ⁇ receiving the series of successive pulses delivered by the common reception circuits and delivering a value overall acquisition correlation coefficient, denoted GAC-i.
  • the global correlation acquisition path 1 ⁇ comprises a correlator 1 ⁇ 2 , a integrator or summator 1 13 and a generator 1 n of elementary synchronization pattern SEM-i.
  • the acquisition and update channel 1 further comprises a channel exploration and tracking module 1 0 , which receives the value of global acquisition correlation coefficient GACi delivered by the global correlation channel of acquisition and tracking 1 ⁇ previously cited, as well as the value of the overall GCC intercorrelation coefficient delivered by channel 2 of single correlation.
  • the channel exploration and tracking module 1 0 delivers the list signal of direct and secondary propagation paths LT previously described in the description relating to the implementation of the method which is the subject of the invention, as well as a signal of synchronization STi over the symbol time to the generator of elementary synchronization patterns 1 -n constituting the acquisition and updating channel 1 -
  • the synchronization signal STi corresponds to the timing diagram shown in FIG. 3B in position (1).
  • the elementary synchronization pattern generator 1 n delivers, after acquisition of the image of the channel by sliding correlation, a set of elementary synchronization patterns SEMi forming an acquisition correlation pattern, which corresponds substantially to the existence of an elementary correlation pattern generated at the foreseeable instant of existence of each direct pulse or of secondary pulses associated with it, in the absence of significant variability of the transmission channel.
  • the channel exploration and tracking module 1 0 can, from the pseudo-random codes of each of the users, and therefore from the position of the direct pulses generated by each of these, then from the list of paths LT, generate a synchronization signal STi, as described previously in the description.
  • the selection of the instants for the creation of the elementary synchronization patterns can be carried out from the pseudo-random codes held by the generator of elementary synchronization patterns 1 n , the synchronization signal STi then being reduced to a series of successive equidistant pulses constituting a time base for example, the equidistant pulses being separated by a time interval corresponding to the discrimination resolution of two successive direct and / or secondary pulses . These pulses are repeated at each symbol time T s .
  • the signal shown in FIG. 3B in position (2) corresponds, in fact, to an acquisition correlation pattern delivered by the generator of elementary synchronization patterns 1 n to the correlator 1 22 of the correlation channel. global acquisition.
  • the aforementioned operating mode makes it possible to update the path list signal LT by sliding correlation for the next symbol time from the value of the global correlation coefficient GCC delivered by the single correlation channel for the previous symbol time as a function of the appearance and / or disappearance of respectively secondary direct propagation paths as a function of the variability of the transmission channel. It will be understood, in particular, that, in steady state, that is to say in the absence of variability of the transmission channel, the path list signal LT is substantially invariant from one symbol time to another.
  • the acquisition correlation pattern delivered to the correlator 1 12 is modified as well as, of course, the value of the corresponding overall correlation coefficient GACi.
  • the path list signal LT delivered by the exploration module and channel tracking is formed by the instants of composite correlation with the series of successive pulses received, for which the value of the overall intercorrelation coefficient GCC delivered by the single correlation channel is maximum.
  • the single correlation channel it is indicated, as shown in FIG. 4A, that this comprises, in a manner similar to that of the overall acquisition correlation channel, a correlator 2 2 receiving the sequence of successive pulses received delivered by the common reception circuits, an integrator or summator 2 3 making it possible to calculate the value of the global correlation coefficient GCC from the elementary correlation values delivered by the correlator 2 2 and a symbol decision circuit 2 receiving the value of the GCC overall correlation coefficient.
  • the single correlation channel 2 comprises a reception control circuit 20 receiving the path list signal LT previously described and a generator of elementary correlation patterns 2- ⁇ receiving the signal delivered by the reception control module. 2 0 .
  • the generator of elementary correlation patterns 2 ⁇ delivers the composite correlation pattern 2- ⁇ as shown in point (2) of FIG. 3B.
  • the reception control module 2 it is indicated that the latter, from the path list signal LT, makes it possible to deliver a series of trigger pulses corresponding to the correlation instants defined previously in the description.
  • the pulse sequence thus obtained makes it possible to obtain the composite correlation pattern, as shown for example in point (2) of FIG. 3B, from elementary correlation patterns generated for each trigger pulse delivered by the module. piloting and reception 2Q.
  • the device which is the subject of the present invention, it may include a plurality of acquisition and tracking correlation channels, channels 1 ⁇ previously described and 1 2 shown in dotted lines.
  • the global acquisition and tracking correlation channel (s) are identical to channel 1 ⁇ previously described and, for this reason, has similar reference elements, 1 22 for the correlator, 1 23 for the integrator or summator, 1 2 ⁇ for the elementary synchronization pattern generator, SEM 2 for the elementary synchronization patterns.
  • Two or more global correlation acquisition and tracking channels can be provided, the 1o channel exploration and tracking module being common to all the aforementioned channels.
  • the channel exploration and tracking module 1o receives the value of the corresponding global acquisition correlation coefficients referenced GACi, GAC 2 in FIG. 4A, but on the other hand delivers a plurality of synchronization signals ST- t , ST 2 , as mentioned in the above figure.
  • each global correlation channel of acquisition and tracking 1- ⁇ , 1 2 and of subsequent rank comprises a generator of elementary synchronization patterns 1-n and I 21 which is specific to it.
  • Each of the latter receives a list signal of specific correlation times delivered by the channel exploration and tracking module 1o, that is to say the signals STi and ST 2 and following.
  • These signals can advantageously correspond to offset time slots, such as the frame slots for example, these slots being successive and complementary. This makes it possible to generate a series of successive elementary correlation patterns of synchronization by complementary successive time slots, by sliding correlation, and thus to divide the acquisition time of the image of the transmission channel by the number of channels of global acquisition and tracking correlation constituting the plurality of global acquisition and tracking correlation channels.
  • the operating mode of the system which is the subject of the invention, as shown in FIG. 4A can then be illustrated by FIG. 4B in the following manner.
  • an initialization step 100 is called, in which the receiver system shown in FIG. 4A is initialized, in particular, the calculation values are all reset to zero for example.
  • Step 100 is followed, after initialization completed, by a step 101 of probing the channel and of synchronization search by sliding correlation, as mentioned previously in the description.
  • This step is carried out, as described previously in the description, from the pseudo-random codes used for each of the users, and, of course, from the position of the pulses received, transmitted and therefore received, taking into account the pseudo-random code supra.
  • the appearance of a main correlation peak makes it possible to synchronize the receiver system object of the invention, as represented in FIG. 4A on the transmitter, by detecting and marking the main path, following detection of the position of each pulse main. In this situation, the secondary correlation peaks, revealing the existence of secondary propagation paths, are then detected and the value of the overall correlation coefficient GCC and of the overall acquisition correlation coefficient GAC are then updated accordingly.
  • the 1o channel exploration and tracking module then makes it possible to identify the paths to be processed, to assign them, if necessary, a weighting coefficient, in the same way as in the case of the devices of the prior art, and to note the respective propagation time, as mentioned previously in the description for the successive pulses.
  • the selection of the paths can be carried out either by retaining the N strongest paths or the N first paths or, if appropriate, a compromise between the two.
  • step 101 is followed by a step 102 of single-path reception during which the selection of the paths can be carried out.
  • a particularly advantageous selection process can consist in processing the first journey arrived, then adding the following journeys one by one until the taking into account of additional journeys no longer increases the signal ratio overall noise.
  • one of the correlators the correlator 2 2 in FIG. 4A, therefore operates in reception, while the correlator 1 ⁇ 2 of the acquisition and tracking correlation channel 1 ⁇ operates by sliding correlation in order to maintain update the image of the transmission channel.
  • This operation is carried out in step 103 of FIG. 4B, the reception then being carried out in multi-path.
  • the channel exploration and tracking module makes it possible to detect the appearance or disappearance of propagation paths, as well as to continue the aforementioned paths.
  • the pursuit of the paths can be carried out according to the energy or signal-to-noise ratio criterion mentioned previously in the description.
  • the 1o channel exploration and tracking module thus enables dynamic processing of the paths, to assign and modify the weighting coefficients when these are used and to change the list of paths processed, the path list signal LT thus being modified for updating. It is understandable, under these conditions, that the tracking process thus initiated relating to the updating of the image of the transmission channel makes it possible to maintain the quality objectives of the link.
  • the operation 103 is followed by an operation 104 in multi-path reception consisting in updating the selection of the paths, that is to say the list of the paths LT.
  • a return to the initialization step is repeated if necessary.
  • this weighting operation can be implemented at the level of the generator of elementary correlation patterns 2 ⁇ of the single global correlation path 2, to each elementary pattern which can then be applied, at the aforementioned generator 2 ⁇ , an amplitude proportional to the weighting coefficient of the associated path.
  • a device for controlling the amplitude of the pattern shown in 2- a in the drawing, can be added if necessary.
  • a receiver conforming to the object of the present invention is able to modify its characteristics dynamically and therefore to ideally adapt to the operating conditions dictated by the qualities of the parameters, such as connection quality, constraints of autonomy and variability of the transmission channel.
  • the number of journeys processed is not limited by contingencies of material execution but, on the contrary, by criteria of value of signal to noise or specific energy ratio for example.

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Abstract

L'invention concerne un procédé et un système de réception d'un signal ultra-large bande à nombre de trajets de propagation auto-adaptatif.Le signal transmis comportant, sur un temps symbole Ts, une suite d'impulsions directes successives modulées (IDij0) se propageant selon un trajet de propagation direct et des impulsions secondaires (IDijk, k>0) associées à chaque impulsion directe, se propageant chacune sur un trajet de propagation secondaire, le procédé consiste à recevoir (A) la suite d'impulsions directes et secondaires sur un même circuit de réception, à engendrer (B) un motif de corrélation composite {MCCijk} suite de motifs élémentaires, décalés en temps par rapport à un premier motif de corrélation élémentaire, à calculer (C) la valeur du coefficient d'intercorrélation global (GCC) entre chaque impulsion directe associée à la pluralité d'impulsions secondaires et le motif de corrélation composite, pour obtenir une valeur de corrélation globale du symbole, somme des coefficients d'intercorrélation de chacune des impulsions directe et secondaires. Application à la liaison radio UWB d'appareils professionnels ou domestiques.

Description

Procédé et système de réception d'un signal ultra-large bande à nombre de trajets de propagation auto-adaptatif. L'invention concerne un procédé et un système de réception d'un signal ultra-large bande, à nombre de trajets de propagation auto-adaptatif.
La technique des communications radio en signal ultra-large bande, encore désigné UWB en langage anglo-saxon, n'utilise pas de fréquence porteuse. Au lieu de moduler un signal ou onde porteuse support, l'information à transmettre est émise directement en bande de base, en utilisant des impulsions support de très courte durée, moins d'une nanoseconde, et donc d'une très grande largeur de bande, plusieurs GHz.
Ces impulsions étant émises à faible puissance, la densité spectrale de puissance du signal émis est, en conséquence très faible.
Ainsi, un signal UWB n'est pas un signal continu mais, au contraire, un train d'impulsions très brèves et de très faible rapport cyclique.
L'accès multiple à la transmission par un tel signal est réalisé, habituellement, en faisant des sauts temporels (Time Hopping) régis par une séquence pseudo aléatoire. Le signal peut être modulé en amplitude, par le facteur de forme ou même le retard des impulsions successives.
En rupture avec les concepts des techniques de base utilisant une onde porteuse, les techniques d'émission et de réception de signaux UWB sont des techniques sui generis, se rapprochant des techniques de détection des signaux à étalement de spectre.
En particulier, les récepteurs de signaux UWB "en râteau" sont conçus pour fonctionner dans des environnements perturbés, où la topologie du lieu d'utilisation crée des canaux de transmission complexes, variables ou lentement variables, en raison de nombreux trajets de propagation secondaires multiples, et interdit, en pratique, l'existence d'un trajet de propagation en vision directe.
Ainsi, dans ce but, les récepteurs de signaux UWB connus de l'état de la technique présentent habituellement une structure dite "en râteau" inspirée de celles utilisées pour les récepteurs de signaux à étalement de spectre.
Ainsi que représenté en figure 1A, les récepteurs UWB précités comprennent une branche de réception par "doigt" de râteau, chaque branche de réception traitant en fait un trajet de réception déterminé. La sortie de chacune des branches de réception est recombinée, après pondération, ai, ... otj, a , suivant la stratégie retenue par le concepteur du récepteur.
Pour assurer le bon fonctionnement du récepteur, il est nécessaire d'affecter l'une des branches de réception à la recherche de nouveaux trajets de propagation d'impulsions secondaires et/ou principale. Pour un récepteur
UWB en râteau à N "doigts" ou trajets, il est donc nécessaire de prévoir N+1 branches de réception.
Ainsi que représenté en outre en figure 1 B, dans le cas d'un récepteur UWB en râteau, une branche de réception est constituée par un corrélateur analogique, un générateur de motif de corrélation et un intégrateur analogique. La poursuite du trajet relatif à la branche de réception considérée est assurée par la logique de contrôle du récepteur.
Lorsque le récepteur UWB en râteau est synchronisé, la logique de contrôle du récepteur déclenche la génération de motif correspondant aux instants d'arrivée d'une impulsion. Ce dernier engendre un motif de corrélation conçu pour présenter une forte valeur d'intercorrélation avec l'impulsion reçue et une valeur d'intercorrélation nulle en présence de bruit blanc. Une valeur d'intercorrélation intermédiaire importante indique la présence d'une impulsion directe ou secondaire.
La figure 1C représente, à titre illustratif, un exemple de ce principe dans le cas d'une modulation numérique 2-PPM, la transmission de valeurs binaires 0 et 1 étant représentée par la transmission de deux impulsions A et B décalées temporellement. Le motif de corrélation est conçu pour que la valeur du coefficient d'intercorrélation soit positif en présence d'une impulsion non décalée (A), correspondant à la transmission d'une valeur zéro mais négative en présence d'une impulsion décalée (B), correspondant à la transmission d'une valeur un, et nul en l'absence d'impulsions. Le motif de corrélation est ainsi symétrique par rapport à un centre de symétrie.
Toutefois, un symbole étant le plus souvent codé sur plusieurs impulsions, il est nécessaire d'intégrer les valeurs du coefficient d'intercorrélation obtenues pour chaque impulsion relative à un même symbole et ainsi obtenir une valeur de coefficient de corrélation globale du symbole. Cette valeur est transmise à la logique de contrôle du récepteur pour y être interprétée en fonction de la méthode de codage utilisée et retrouver ainsi le symbole transmis.
Un autre exemple concret illustré dans le cas d'une modulation PPM avec deux utilisateurs simultanés disposant chacun d'une séquence pseudo aléatoire est représenté en figure 1 D. Dans cet exemple, le symbole est répété trois fois, chaque utilisateur émettant donc trois impulsions, représentatives du même symbole. En conséquence, le temps symbole Ts est divisé en trois trames Tf dans laquelle chaque utilisateur code une seule impulsion unique.
L'emplacement de cette impulsion dans la trame T est fixé par rapport à des intervalles élémentaires de trame par la valeur de la séquence pseudo aléatoire propre à chaque utilisateur. Enfin, chaque impulsion est décalée d'un intervalle de temps δ par rapport au début de chaque intervalle élémentaire de trame lorsque la transmission binaire représentée est celle de la valeur 1 au lieu de la valeur 0, en l'absence de décalage.
Les récepteurs UWB en râteau précités impliquent un surcoût important en complexité, car chaque doigt supplémentaire suppose l'intégration d'une branche de réception supplémentaire. En conséquence, il existe une limite assez draconienne au nombre de doigts que peut présenter un récepteur de ce type, eu égard aux contraintes d'intégration, d'encombrement, de coût et de consommation.
En pratique, il est rare de pouvoir disposer d'un récepteur UWB en râteau présentant plus de quatre doigts, soit cinq branches de réception effectives.
De tels récepteurs s'avèrent donc cantonnés à des applications haut de gamme, pour lesquels le critère de coût est secondaire vis-à-vis de celui des performances globales de qualité de la liaison. Des solutions de récepteur UWB "en râteau" tout numérique ont été envisagées, dans lesquelles le signal reçu est directement numérisé en sortie d'antenne. Bien que, en raison du traitement purement logiciel du signal numérisé précité, la structure de tels récepteurs ne soit plus en rapport avec l'architecture en râteau traditionnelle, de telles solutions ne sont pas viables actuellement car les convertisseurs analogiques-numériques actuels ne sont pas adaptés à une telle utilisation, et les traitements numériques à effectuer sur les signaux numériques précités ne peuvent être exécutés en temps réel par les processeurs de signaux numériques actuels.
La présente invention a pour but de remédier à l'ensemble des inconvénients de la technique antérieure de mise en œuvre des récepteurs d'un signal UWB en râteau. En particulier, un objet de la présente invention est la mise en œuvre d'un procédé et d'un système de réception d'un signal ultra-large bande UWB dont l'architecture matérielle est notablement simplifiée vis-à-vis de celle des récepteurs UWB en râteau de l'art antérieur.
Un autre objet de la présente invention est la mise en œuvre d'un procédé et d'un système de réception d'un signal UWB grâce auxquels les coûts de mise en œuvre sont sensiblement réduits, en raison de la simplification précitée.
Un autre objet de la présente invention est la mise en œuvre d'un procédé et d'un système de réception d'un signal ultra-large bande grâce auquel, malgré la simplification significative de la structure mise en œuvre, une amélioration de la qualité de liaison et des performances globales est obtenue de manière significative en raison de l'absence de limitation matérielle du nombre de trajets de propagation principal et secondaires effectivement traités.
Un autre objet de la présente invention est, enfin, en raison de l'absence de limitation matérielle du nombre de trajets principal et secondaires effectivement précités, la mise en œuvre d'un procédé et d'un système de réception d'un signal ultra-large bande à nombre de trajets de propagation effectivement traité auto-adaptatif, ce qui permet d'optimiser la qualité de la liaison radio entre émetteur et récepteur, même en présence d'un canal de transmission issu d'un environnement sévère variable.
Le procédé et le système de réception UWB, objets de la présente invention, trouvent application à la liaison radio d'appareils domestiques ou professionnels de tout type, en particulier en environnement correspondant à un canal de transmission par voie hertzienne sensiblement perturbé ou variable.
Ils seront mieux compris à la lecture de la description et à l'observation des figures ci-après dans lesquelles, outre les figures 1A à 1 D relatives à l'art antérieur :
- la figure 2 représente, à titre illustratif, un organigramme des étapes essentielles permettant la mise en œuvre du procédé objet de la présente invention ;
- les figures 3A à 3D représentent, à titre de pur exemple illustratif, des chronogrammes de détection de symboles transmis selon des trajets multiples, à partir d'un motif de corrélation composite, conformément au procédé objet de la présente invention, dans le cas où la transmission est effectuée à titre d'exemple non limitatif en mode 2-PPM, les impulsions directes et secondaires, se propageant selon un trajet direct respectivement secondaire, étant prises en compte ;
- la figure 4A représente, à titre d'exemple purement illustratif, le schéma fonctionnel sous forme de schémas blocs, d'un système de réception d'un signal UWB à nombre de trajets de propagation auto-adaptatif, conforme à l'objet de la présente invention ; - la figure 4B représente, à titre illustratif, un organigramme de mise en œuvre du fonctionnement du système objet de l'invention, tel que représenté en figure 4A.
Une description plus détaillée du procédé et du système de réception d'un signal ultra-large bande, conforme à l'objet de la présente invention, sera maintenant donnée en liaison avec la figure 2 et les figures suivantes.
D'une manière générale, on rappelle que le processus de transmission du signal ultra-large bande correspond à celui décrit précédemment en liaison avec les figures 1A à 1 D, le procédé de réception objet de l'invention permettant, dans ces conditions, de recevoir sur un temps symbole Ts, une suite d'impulsions directes successives modulées, chaque impulsion se propageant selon au moins un trajet de propagation directe à laquelle est associée une pluralité d'impulsions secondaires successives distinctes, se propageant chacune suivant un trajet de propagation secondaire distinct du trajet de propagation directe.
On comprend, en particulier, dans ces conditions, que chaque impulsion directe correspond à un temps de propagation le plus court, chaque impulsion secondaire successive distincte, associée à l'impulsion directe précitée, étant alors décalée successivement dans le temps par rapport à l'instant de réception de l'impulsion directe à laquelle ces dernières sont associées.
Les trajets de propagation directe et secondaire ne préjugent aucunement du nombre de réflexions de l'impulsion correspondante se propageant sur ces trajets. Toutefois, les impulsions secondaires successives distinctes sont engendrées par un nombre sensiblement croissant de réflexions, chaque réflexion étant le siège d'une atténuation, et les impulsions secondaires successives distinctes sont considérées présenter une amplitude ou une énergie sensiblement décroissante en fonction de leur rang de réception.
En conséquence, on considère la transmission d'impulsions IDy, ces impulsions correspondant, par exemple, aux impulsions émises, telles que représentées en figure 1D, lorsque la modulation est de type 2-PPM par exemple. Dans la notation précédente, l'indice i désigne l'utilisateur 1 ou 2, dans le cas de la figure 1 D, et l'indice j désigne le rang de l'impulsion émise dans chaque trame Tf selon le code pseudo-aléatoire affecté à chaque utilisateur.
A titre d'exemple non limitatif et de simplification de la description, on considère le code pseudo-aléatoire affecté à chacun des utilisateurs i=1 , i=2 de la figure 1 D, correspondant successivement aux trames constitutives du temps symbole, le code pseudo-aléatoire pour chaque utilisateur précité étant respectivement j=1 , 3, 7 pour l'utilisateur 1 , puis j=5, 4, 1 pour l'utilisateur 2.
Le décalage temporel δ est le même que dans le cas de la figure 1 D pour simplification. En référence à la figure 2, le procédé objet de l'invention consiste alors à recevoir, en une étape A, la suite d'impulsions directes successives modulées et la pluralité d'impulsions secondaires associées à chacune des impulsions directes successives modulées sur un même circuit de réception.
Dans ces conditions, la suite d'impulsions directes et d'impulsions secondaires associées est notée : - {IDijk} No
Dans cette notation, i et j représentent la référence utilisateur, respectivement la référence de trame dans le temps symbole Ts et k représente le rang de l'impulsion reçue, impulsion directe et/ou impulsion secondaire.
Par convention, on indique que le rang de l'impulsion directe, dans chaque trame Tf, est arbitrairement pris égal à 0, soit k=0, les impulsions secondaires distinctes successives présentant un rang k=1 à N par exemple.
L'étape A de réception est alors suivie d'une étape B consistant à engendrer, par calcul, un motif de corrélation composite constitué par une suite de motifs de corrélation élémentaires. D'une manière générale, on indique que chaque motif de corrélation élémentaire correspond, dans l'exemple non limitatif de la modulation 2-PPM, au signal dit de gabarit représenté en figure 1C.
D'une manière plus spécifique, on indique que la suite de motifs de corrélation élémentaires comprend un premier motif de corrélation élémentaire associé à chaque impulsion directe, c'est-à-dire à toute impulsion correspondant en position dans chaque trame Tf à la position donnée par le code pseudo-aléatoire affecté à chaque utilisateur et, bien entendu, des motifs de corrélation élémentaires successifs associés chacun à une impulsion secondaire successive de rang k, ke [1 ,N]. Bien entendu, les motifs de corrélation élémentaires successifs, associés à chaque impulsion secondaire, sont décalés en temps par rapport au premier motif de corrélation élémentaire associé à l'impulsion directe d'une valeur correspondant à la différence de temps de propagation entre, d'une part, le temps de propagation de l'impulsion directe, de rang k=0, sur le trajet de propagation directe, et, d'autre part, le temps de propagation de l'impulsion secondaire associée, de rang successive ke [1 ,N] sur le trajet de propagation secondaire correspondant. En référence à la figure 2, à l'étape B, on désigne le motif de corrélation composite selon la notation :
- {MCCijk}ri
Pour engendrer le motif de corrélation composite précité, l'on procède, à titre d'exemple non limitatif, à la détection par corrélation glissante de l'ensemble des impulsions directes respectivement secondaires reçues sur un temps symbole. On indique, en effet, que le calcul ainsi effectué sur un temps symbole peut alors être utilisé pour le temps symbole suivant, en raison du fait que, sur un temps symbole, le cas échéant sur deux temps symboles consécutifs, le canal de transmission est considéré comme sensiblement invariable. Le processus de mise en œuvre et de calcul du motif de corrélation composite sera décrit de manière plus détaillée dans la description.
L'étape B est alors suivie d'une étape C consistant à calculer la valeur du coefficient d'intercorrélation globale entre chaque impulsion directe associée à la pluralité d'impulsions secondaires et le motif de corrélation composite.
A l'étape C de la figure 2, cette opération est notée :
- GCC = ∑lDgk * MCCijk
Dans la relation précédente, on indique que GCC désigne la valeur du coefficient d'intercorrélation globale obtenu entre chaque impulsion directe associé à la pluralité d'impulsions secondaires et le motif de corrélation composite précité.
On indique que la valeur du coefficient d'intercorrélation globale
GGC est ainsi constitué par la somme des coefficients d'intercorrélation de chacune des impulsions directes et secondaires obtenues pour chacune des impulsions modulées émises pour le même symbole et représente une valeur de corrélation globale du symbole transmis pour chaque utilisateur.
L'opération de calcul du coefficient d'intercorrélation globale comprend, ainsi, en référence à l'étape C de la figure 2, le calcul du coefficient d'intercorrélation élémentaire entre chaque motif d'intercorrélation élémentaire et l'impulsion directe respectivement l'impulsion secondaire associée à chacun des motifs d'intercorrélation élémentaires, puis l'intégration, sur le temps symbole Ts, de l'ensemble des valeurs de coefficient d'intercorrélation élémentaire.
Une illustration de la mise en œuvre des étapes A, B et C représentées en figure 2 sera maintenant donnée à l'aide des chronogrammes d'impulsions représentés en figures 3A, 3B, 3C et 3D.
Sur la figure 3A, on a représenté la suite d'impulsions directes successives modulées et d'impulsions secondaires associées à chacune des impulsions directes dans le cas non limitatif de la figure 1 D.
Les impulsions directes de rang k=0 engendrées pour les utilisateurs 1 et 2 sont représentées différemment par hachures et points, les impulsions secondaires de rang k>1 étant limitées à k=3 afin de ne pas surcharger le dessin.
On comprend, en particulier, que la position des impulsions secondaires, telle que IDm à IDn3 peut être quelconque par rapport à toute impulsion directe k=0 ultérieure.
Dans ces conditions, le décalage temporel θn, θ-ι2, θι3, respectivement θ2ι, θ22, θ23 de chaque impulsion secondaire associée à l'impulsion directe correspondante se répète sur chaque intervalle trame successif Tf sans changement en référence à la convention précédemment mentionnée.
Ainsi, le motif de corrélation composite, tel que représenté en figure 3B, peut alors être engendré de la manière ci-après :
- verrouillage de chaque motif de corrélation élémentaire sur chaque impulsion directe de rang k=0 ; - calcul du coefficient d'intercorrélation de motifs de corrélation élémentaires successifs engendrés par exemple à des intervalles de temps correspondant à la résolution temporelle d'un gabarit constitutif de chaque motif de corrélation élémentaire, tel que représenté en figure 1 C ;
- sélection des seuls motifs de corrélation élémentaires successifs dont le produit d'intercorrélation est supérieur à une valeur de seuil, par exemple, pour constituer le motif de corrélation composite tel que représenté en figure 3B. On comprend, dans ces conditions, que le motif de corrélation composite précité est constitué sensiblement par des motifs de corrélation élémentaires engendrés à l'instant d'apparition non seulement des impulsions directes de rang k=0, mais des impulsions secondaires de rang k>1 pour lesquelles le coefficient d'intercorrélation, avec un motif de corrélation élémentaire, est supérieur à la valeur de seuil précitée.
Le processus de calcul de la valeur de coefficient d'intercorrélation globale GCC est alors effectué, ainsi que représenté en figures 3C, puis 3D, pour chacun des utilisateurs et, bien entendu, pour les impulsions directes et les impulsions secondaires associées à ces dernières à partir du motif de corrélation composite, représenté en figure 3B, et de la succession des impulsions précitées.
D'une manière générale, on indique que, alors que la synchronisation du motif de corrélation composite est effectuée sensiblement sur un temps symbole, à partir des impulsions directes et, bien entendu, des codes pseudo-aléatoires attribués à chacun des utilisateurs, la discrimination du rang des impulsions secondaires n'est pas indispensable, seule la position de ces impulsions dans un temps symbole Ts étant prise finalement en considération. Le procédé objet de la présente invention apparaît, ainsi, particulièrement remarquable en ce que le nombre d'impulsions finalement retenues pour assurer l'opération de calcul du motif de corrélation composite, puis de la valeur du coefficient d'intercorrélation globale, peut être élevé et facilement choisi, par exemple, à un nombre de 10 impulsions secondaires pour chaque impulsion directe en fonction des caractéristiques d'utilisation et de mise en œuvre du procédé objet de l'invention.
En particulier, le choix du nombre des impulsions retenues peut être guidé par des considérations relatives soit au niveau d'amplitude et/ou d'énergie des impulsions secondaires ou, de manière plus simple, au nombre effectif d'impulsions retenues.
Ainsi, pour un ensemble dénombrable d'impulsions directes et secondaires, compte tenu de la discrimination temporelle de deux impulsions successives, le procédé objet de l'invention peut consister à retenir les N premiers trajets, les N premiers trajets précités comportant le trajet direct de rang k=0, correspondant à un temps de propagation de l'impulsion modulée associée le plus faible, et N-1 trajets secondaires correspondant chacun à un temps de propagation d'une impulsion secondaire successivement croissante. Dans cette solution, en référence aux figures 3A et 3B, on indique que le nombre d'impulsions secondaires retenues peut consister à discriminer toute impulsion directe d'une même trame et à retenir les impulsions secondaires comprises entre deux impulsions directes successives ou même trois impulsions directes successives. Le nombre d'impulsions secondaires ainsi retenues permet de définir et de retenir les N premiers trajets.
Une autre possibilité pour le choix du nombre d'impulsions secondaires peut consister, pour l'ensemble dénombrable d'impulsions directes et d'impulsions secondaires considérées, à retenir N trajets pour lesquels l'amplitude ou l'énergie de l'impulsion directe respectivement des impulsions secondaires est maximale.
Un tel mode opératoire consiste, bien entendu, outre la discrimination des amplitudes ou énergie des impulsions directes de rang k=0 considérées comme maximales, une discrimination des impulsions secondaires selon leur amplitude et/ou leur énergie de façon à retenir les N impulsions d'amplitude et/ou d'énergie la meilleure.
On comprend, toutefois, que la discrimination par le seul nombre N d'impulsions secondaires associées à une impulsion directe est susceptible de se révéler moins performante, du point de vue de la mise en œuvre du procédé objet de l'invention, que la discrimination par un critère d'amplitude et/ou d'énergie des impulsions précitées.
En tout état de cause, le nombre N de trajets retenus peut être adapté soit selon un critère de sélection des N premiers trajets pour exécution d'un traitement plus rapide, soit, au contraire, selon un critère de sélection de N trajets correspondant à une amplitude et/ou une énergie maximale de l'impulsion directe et des impulsions secondaires en fonction des conditions de propagation. Un tel mode opératoire permet ainsi d'optimiser la qualité de la liaison par signal ultra-large bande. En ce qui concerne l'opération de calcul du motif de corrélation composite, telle que représentée au chronogramme de la figure 3B, on indique que ce processus consiste, en fait, à établir par corrélation sur au moins un temps symbole Ts, une image du canal de transmission en termes d'impulsions directes et d'impulsions secondaires de temps de propagation et de différence de temps de propagation entre impulsions directes et impulsions secondaires successives, puis à mettre à jour, par corrélation glissante, l'image du canal de transmission pour actualiser l'apparition et la disparition de trajets de propagation secondaires, le cas échéant de trajets de propagation directs, et établir, sur au moins un temps symbole, le motif de corrélation composite comme image actualisée du canal de transmission.
Une description plus détaillée d'un système de réception d'un signal ultra-large bande représentatif de symboles objet de la présente invention sera maintenant donnée en liaison avec les figures 4A et 4B. Ainsi que représenté sur la figure 4A précitée, le système objet de l'invention comprend des circuits de réception communs de la suite d'impulsions successives modulées, impulsions directes de rang k=0 et impulsions secondaires de rang k>0.
A titre d'exemple non limitatif, les circuits de réception communs comportent une antenne An et un amplificateur à faible bruit LNA constituant amplificateur d'antenne.
Ils comportent, en outre, une voie 1 d'acquisition et d'actualisation sur au moins un temps symbole Ts d'une image du canal de transmission en termes d'impulsions directes et d'impulsions secondaires, de temps de propagation et de différence de temps de propagation entre impulsions directes et impulsions secondaires successives.
Ainsi que mentionné précédemment relativement au procédé objet de l'invention, la voie d'acquisition et d'actualisation 1 permet, par corrélation glissante, d'assurer une actualisation de l'apparition et de la disparition de trajets de propagation secondaires, ainsi que du trajet de propagation principal et, bien entendu, d'établir sur au moins un temps symbole un motif de corrélation composite, le motif MCCyk précédemment mentionné dans la description. Ainsi que représenté sur la figure 4A, la voie 1 d'acquisition et d'actualisation permet de délivrer un signal de liste de trajets représentatif de l'image du canal de transmission, la liste de trajets étant notée LT sur la figure 4, cette liste étant délivrée par exemple pour chaque temps symbole Ts. A titre d'exemple non limitatif, on indique que le signal de liste de trajets peut correspondre à la désignation des instants, sur le temps symbole, auxquels chaque motif de corrélation élémentaire doit être engendré successivement pour réaliser le motif de corrélation composite MCCyk précédemment cité. De même que le motif de corrélation composite MCCyk, on indique que les instants désignés par le signal de liste de trajets LT sont, bien entendu, décalés en temps par rapport à l'instant du premier motif de corrélation élémentaire associé à chaque impulsion directe de la différence de temps de propagation entre le temps de propagation de l'impulsion directe sur le trajet de propagation directe et le temps de propagation de l'impulsion secondaire associée se propageant sur le trajet de propagation secondaire correspondant.
En outre, le système objet de la présente invention comporte une voie 2 de corrélation unique recevant le signal de liste de trajets de propagation directs et secondaires LT, la voie de corrélation unique 2 permettant de calculer la valeur du coefficient d'intercorrélation global GCC entre chaque impulsion directe associée à la pluralité d'impulsions secondaires et le motif de corrélation composite MCCyk.
Une description plus détaillée de la voie d'acquisition et d'actualisation 1 sera maintenant donnée ci-après en référence à la même figure 4A.
Selon un premier mode de réalisation, la voie d'acquisition et d'actualisation 1 précitée comporte une voie de corrélation globale d'acquisition et de poursuite, notée 1ι recevant la suite des impulsions successives délivrées par les circuits de réception communs et délivrant une valeur de coefficient de corrélation globale d'acquisition, notée GAC-i.
D'une manière plus spécifique, on indique que, de manière semblable aux dispositifs de l'art antérieur, tel que représenté en figure 1 B, la voie de corrélation globale d'acquisition 1 ι comprend un corrélateur 1 ι2, un intégrateur ou sommateur 113 et un générateur 1 n de motif élémentaire de synchronisation SEM-i.
La voie d'acquisition et d'actualisation 1 comporte, en outre, un module 10 d'exploration et de poursuite de canal, lequel reçoit la valeur de coefficient de corrélation globale d'acquisition GACi délivré par la voie de corrélation globale d'acquisition et de poursuite 1 ι précédemment citée, ainsi que la valeur du coefficient d'intercorrélation globale GCC délivrée par la voie 2 de corrélation unique.
Le module 10 d'exploration et de poursuite de canal délivre le signal de liste de trajets de propagation directs et secondaires LT précédemment décrite dans la description relativement à la mise en œuvre du procédé objet de l'invention, ainsi qu'un signal de synchronisation STi sur le temps symbole au générateur de motifs élémentaires de synchronisation 1 -n constitutif de la voie d'acquisition et d'actualisation 1 -|. En particulier, le signal de synchronisation STi correspond au chronogramme représenté à la figure 3B en position (1).
Dans ces conditions, le générateur de motifs élémentaires de synchronisation 1 n délivre, après acquisition de l'image du canal par corrélation glissante, un ensemble de motifs de synchronisation élémentaires SEMi formant un motif de corrélation d'acquisition, lequel correspond sensiblement à l'existence d'un motif de corrélation élémentaire engendré à l'instant d'existence prévisible de chaque impulsion directe ou d'impulsions secondaires associées à celle-ci, en l'absence de variabilité significative du canal de transmission.
Pour une description plus détaillée d'un processus d'acquisition et de poursuite par corrélation glissante, on pourra utilement se reporter à l'article intitulé "Rapid Acquisition for Ultra-Wideband Localizers" publié par Robert Fleming, Chérie Kushner, Gary Roberts, Uday Nandiwada, AEther Wire & Location, Inc. par exemple. L'article précité est disponible sur le site Internet http://www.aetherwire.com. A titre d'exemple non limitatif, on indique que le signal de synchronisation STi est, bien entendu, synchronisé sur le temps symbole.
Dans ce but, le module d'exploration et de poursuite de canal 10 peut, à partir des codes pseudo-aléatoires de chacun des utilisateurs, et donc de la position des impulsions directes engendrée par chacun de ces derniers, puis à partir de la liste des trajets LT, engendrer un signal de synchronisation STi, tel que décrit précédemment dans la description.
Dans une variante de réalisation, la sélection des instants de création des motifs élémentaires de synchronisation, telle que représentée en position (2) de la figure 3B, peut être effectuée à partir des codes pseudoaléatoires détenus par le générateur de motifs élémentaires de synchronisation 1 n, le signal de synchronisation STi se réduisant alors en une série d'impulsions successives equidistantes constituant une base de temps par exemple, les impulsions equidistantes étant séparées par un intervalle de temps correspondant à la résolution de discrimination de deux impulsions directes et/ou secondaires successives. Ces impulsions sont répétées à chaque temps symbole Ts.
On comprend, ainsi, que le signal représenté en figure 3B en position (2) correspond, en fait, à un motif de corrélation d'acquisition délivré par le générateur de motifs élémentaires de synchronisation 1 n au correlateur 122 de la voie de corrélation globale d'acquisition.
Le mode opératoire précité permet d'actualiser le signal de liste de trajets LT par corrélation glissante pour le temps symbole suivant à partir de la valeur du coefficient de corrélation globale GCC délivré par la voie de corrélation unique pour le temps de symbole précédent en fonction de l'apparition et/ou de la disparition de trajets de propagation directs respectivement secondaires en fonction de la variabilité du canal de transmission. On comprend, en particulier, que, en régime établi, c'est-à-dire en l'absence de variabilité du canal de transmission, le signal de liste de trajets LT est sensiblement invariant d'un temps symbole à un autre.
Au contraire, lors de la disparition ou de l'apparition d'une impulsion secondaire par exemple, le motif de corrélation d'acquisition délivré au correlateur 112 est modifié ainsi que, bien entendu, la valeur du coefficient de corrélation globale GACi correspondante.
La comparaison des valeurs des coefficients de corrélation GCC et GAC-i permet alors de retenir la modification du motif de corrélation d'acquisition et, bien entendu, d'actualiser le signal de liste de trajets LT pour le temps symbole suivant, afin de permettre, finalement, l'actualisation du processus de corrélation de la voie de corrélation unique 2.
Dans tous les cas, on comprend, après établissement du canal en une position d'équilibre, c'est-à-dire en l'absence de variabilité du canal, que le signal de liste de trajets LT délivré par le module d'exploration et de poursuite de canal est formé par les instants de corrélation composite avec la suite d'impulsions successives reçues, pour lequel la valeur du coefficient d'intercorrélation globale GCC délivrée par la voie de corrélation unique est maximale.
En ce qui concerne la voie de corrélation unique, on indique, ainsi que représenté en figure 4A, que celle-ci comprend, de manière semblable à celle de la voie de corrélation globale d'acquisition, un correlateur 22 recevant la suite d'impulsions successives reçues délivrées par les circuits de réception communs, un intégrateur ou sommateur 23 permettant de calculer la valeur du coefficient de corrélation globale GCC à partir des valeurs de corrélation élémentaires délivrées par le correlateur 22 et un circuit de décision de symbole 2 recevant la valeur du coefficient de corrélation globale GCC.
En outre, la voie de corrélation unique 2 comprend un circuit de pilotage de réception 20 recevant le signal de liste de trajets LT précédemment décrit et un générateur de motifs élémentaires de corrélation 2-ι recevant le signal délivré par le module de pilotage de réception 20. Le générateur de motifs élémentaires de corrélation 2ι délivre le motif de corrélation composite 2-ι tel que représenté au point (2) de la figure 3B. En ce qui concerne le module 2o de pilotage de réception, on indique que ce dernier, à partir du signal de liste de trajets LT, permet de délivrer une série d'impulsions de déclenchement correspondant aux instants de corrélation définis précédemment dans la description. La suite d'impulsions ainsi obtenue permet d'obtenir le motif de corrélation composite, tel que représenté par exemple au point (2) de la figure 3B, à partir de motifs de corrélation élémentaires engendrés pour chaque impulsion de déclenchement délivrée par le module de pilotage et de réception 2Q. Enfin, dans une variante de mise en œuvre du dispositif objet de la présente invention, on indique que, ainsi que représenté en figure 4A, celui-ci peut comporter une pluralité de voies de corrélation globale d'acquisition et de poursuite, les voies 1 ι précédemment décrite et 12 représentée en pointillés. La ou les voies de corrélation globale d'acquisition et de poursuite sont identiques à la voie 1 ι précédemment décrite et, pour cette raison, présente des éléments de références semblables, 122 pour le correlateur, 123 pour l'intégrateur ou sommateur, 12ι pour le générateur de motifs élémentaires de synchronisation, SEM2 pour les motifs élémentaires de synchronisation. Deux voies de corrélation globale d'acquisition et de poursuite ou plusieurs peuvent être prévues, le module d'exploration et de poursuite de canal 1o étant commun à toutes les voies précitées.
Dans une telle situation, le module d'exploration et de poursuite de canal 1o reçoit la valeur des coefficients de corrélation globale d'acquisition correspondants référencée GACi, GAC2 sur la figure 4A, mais délivre, par contre, une pluralité de signaux de synchronisation ST-t, ST2, ainsi que mentionné sur la figure précitée.
Ainsi, chaque voie de corrélation globale d'acquisition et de poursuite 1-ι, 12 et de rang ultérieur comprend un générateur de motifs élémentaires de synchronisation 1-n et I21 qui lui est propre. Chacune de ces dernières reçoit un signal de liste des instants de corrélation spécifique délivré par le module d'exploration et de poursuite de canal 1o, c'est-à-dire les signaux STi et ST2 et suivants. Ces signaux peuvent correspondre avantageusement à des tranches temporelles décalées, telles que les tranches de trame par exemple, ces tranches étant successives et complémentaires. Ceci permet d'engendrer une suite de motifs de corrélation élémentaires successifs de synchronisation par tranches temporelles successives complémentaires, par corrélation glissante, et de diviser, ainsi, le temps d'acquisition de l'image du canal de transmission par le nombre de voies de corrélation globale d'acquisition et de poursuite constitutives de la pluralité de voies de corrélation globale d'acquisition et de poursuite. Le mode opératoire du système objet de l'invention, tel que représenté en figure 4A peut être alors illustré par la figure 4B de la manière ci- après.
A l'établissement de la liaison, une étape d'initialisation 100 est appelée, dans laquelle le système récepteur représenté en figure 4A est initialisé, en particulier, les valeurs de calcul sont toutes remises à zéro par exemple.
L'étape 100 est suivie, après initialisation terminée, d'une étape 101 de sondage du canal et de recherche de synchronisation par corrélation glissante, ainsi que mentionné précédemment dans la description. Cette étape est conduite, ainsi que décrit précédemment dans la description, à partir des codes pseudo-aléatoires utilisés à chacun des utilisateurs, et, bien entendu, de la position des impulsions reçues, émises et donc reçues, compte tenu du code pseudo-aléatoire précité. L'apparition d'un pic principal de corrélation permet de synchroniser le système récepteur objet de l'invention, tel que représenté en figure 4A sur l'émetteur, en détectant et marquant le trajet principal, suite à détection de la position de chaque impulsion principale. Dans cette situation, les pics de corrélation secondaires, révélant l'existence de trajets de propagation secondaires, sont alors détectés et la valeur du coefficient de corrélation globale GCC et du coefficient de corrélation globale d'acquisition GAC sont alors actualisées en conséquence.
Le module d'exploration et de poursuite de canal 1o permet alors d'identifier les trajets à traiter, de leur attribuer, éventuellement, un coefficient de pondération, de la même manière que dans le cas des dispositifs de l'art antérieur, et de noter le temps de propagation respectif, ainsi que mentionné précédemment dans la description pour les impulsions successives.
On rappelle que, conformément à un mode de mise en œuvre spécifique du procédé et du système objets de la présente invention, la sélection des trajets peut être effectuée soit en retenant les N plus forts trajets ou les N premiers trajets ou, le cas échéant, un compromis entre les deux.
Après exécution de la synchronisation, la synchronisation étant acquise, l'étape 101 est suivie d'une étape 102 de réception mono-trajet au cours de laquelle la sélection des trajets peut être effectuée. A titre d'exemple non limitatif, un processus de sélection particulièrement avantageux peut consister à traiter le premier trajet arrivé, puis ajouter les trajets suivants un par un jusqu'à ce que la prise en compte de trajets supplémentaires n'augmente plus le rapport signal à bruit global. Lorsque, après exécution de l'étape 102, la réception mono-trajet est acquise, c'est-à-dire réception des trajets principaux, et que la sélection des trajets de propagation des impulsions secondaires est également établie, la sélection précitée est alors exploitable.
Dans cette situation, l'un des corrélateurs, le correlateur 22 de la figure 4A, fonctionne donc en réception, alors que le correlateur 1 ι2 de la voie de corrélation d'acquisition et de poursuite 1ι opère par corrélation glissante afin de maintenir à jour l'image du canal de transmission. Cette opération est réalisée à l'étape 103 de la figure 4B, la réception étant alors effectuée en multi- trajet. On comprend, en particulier, que le module d'exploration et de poursuite de canal permet de détecter l'apparition ou la disparition de trajets de propagation, ainsi que de poursuivre les trajets précités. La poursuite des trajets peut être effectuée selon le critère d'énergie ou de rapport signal à bruit mentionné précédemment dans la description. On comprend, ainsi, que le module d'exploration et de poursuite de canal 1o permet ainsi d'assurer un traitement dynamique des trajets, d'attribuer et de modifier les coefficients de pondération lorsque ces derniers sont utilisés et de changer la liste des trajets traités, le signal de liste de trajets LT étant ainsi modifié pour réactualisation. On comprend, dans ces conditions, que le processus de poursuite ainsi engagé relatif à l'actualisation de l'image du canal de transmission permet de conserver des objectifs de qualité de la liaison.
L'opération 103 est suivie d'une opération 104 en réception multi- trajet consistant en la mise à jour de la sélection des trajets, c'est-à-dire de la liste des trajets LT. La flèche de retour de l'étape 104 à l'étape 103, sur la figure 4B, illustre le caractère continu de la réception multi-trajet et, bien entendu, de la scrutation de canal et de mise à jour de la liste des trajets LT. Enfin, lors de la terminaison de la communication, un retour à l'étape d'initialisation est reconduit si nécessaire.
En référence à la figure 4B, on indique que, dans le cas d'un canal de transmission évoluant rapidement, c'est-à-dire canal à variabilité importante, le processus de poursuite du canal de transmission peut être largement accéléré en utilisant plusieurs voies de corrélation globale d'acquisition 1-ι, 12 ou autre.
Dans l'exemple de l'utilisation d'une modulation 2-PPM pour la transmission des impulsions UWB et d'une répétition de trois trames par symbole, il peut être envisagé d'utiliser une voie de corrélation globale d'acquisition et de poursuite par trame et par temps de trame par exemple.
Enfin, lorsqu'une pondération de l'importance de chacun des trajets retenus sélectionnés par le module d'exploration et de poursuite 10 est retenue, cette opération de pondération peut être mise en œuvre au niveau du générateur de motifs élémentaires de corrélation 2ι de la voie de corrélation globale unique 2, à chaque motif élémentaire pouvant alors être appliquée, au niveau du générateur 2ι précité, une amplitude proportionnelle au coefficient de pondération du trajet associé. Dans cette situation, un dispositif de contrôle de l'amplitude du motif, représenté en 2-ιa au dessin, peut être ajouté si nécessaire. On a ainsi décrit un procédé et un système de réception d'un signal ultra-large bande représentatif de symboles particulièrement performant dans la mesure où le nombre de voies de corrélation peut être sensiblement réduit à deux, une voie de corrélation unique assurant la réception proprement dite et une voie de corrélation globale d'acquisition, ainsi que décrit précédemment. En outre, le procédé et le système objets de l'invention apparaissent particulièrement avantageux dans la mesure où le nombre de trajets traités est adaptatif, le caractère adaptatif résultant de la possibilité de choisir et adapter le nombre de trajets de réception traités en cours de fonctionnement.
Ainsi, un récepteur conforme à l'objet de la présente invention est en mesure de modifier ses caractéristiques dynamiquement et donc de s'adapter de façon idéale aux conditions de fonctionnement dictées par les qualités des paramètres, tels que qualité de liaison, contraintes d'autonomie et variabilité du canal de transmission. Enfin, le nombre de trajets traités n'est pas limité par des contingences d'exécution matérielle mais, au contraire, par des critères de valeur de rapport signal à bruit ou énergétiques spécifiques par exemple.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réception d'un signal ultra-large bande représentatif de symboles, ce signal transmis sur un canal de transmission comportant, sur un temps symbole, une suite d'impulsions directes successives modulées, chaque impulsion se propageant selon au moins un trajet de propagation direct à laquelle est associée une pluralité d'impulsions secondaires successives distinctes se propageant chacune suivant un trajet de propagation secondaire, caractérisé en ce que, la suite d'impulsions directes successives modulées et ladite pluralité d'impulsions secondaires associée à chacune desdites impulsions directes successives modulées étant reçues sur un même circuit de réception, celui-ci consiste :
- à engendrer un motif de corrélation composite constitué par une suite de motifs de corrélation élémentaires, ladite suite de motifs de corrélation élémentaires comprenant un premier motif de corrélation élémentaire associé à chaque impulsion directe et des motifs de corrélation élémentaires successifs, associés chacun à une impulsion secondaire successive, lesdits motifs de corrélation élémentaires successifs étant décalés en temps par rapport audit premier motif de corrélation élémentaire de la différence de temps de propagation entre le temps de propagation de l'impulsion directe sur le trajet de propagation direct et le temps de propagation de l'impulsion secondaire associée se propageant sur le trajet de propagation secondaire correspondant ;
- à calculer la valeur du coefficient d'intercorrélation globale entre chaque impulsion directe associée à ladite pluralité d'impulsions secondaires et ledit motif de corrélation composite, ce qui permet d'obtenir une valeur de corrélation globale du symbole, somme des coefficients d'intercorrélation de chacune des impulsions directe et secondaires obtenus pour chacune des impulsions modulées émises pour le même symbole.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape consistant à calculer la valeur du coefficient d'intercorrélation global comprend : - le calcul du coefficient d'intercorrélation élémentaire entre chaque motif d'intercorrélation élémentaire et l'impulsion directe respectivement l'impulsion secondaire associée à chacun desdits motifs d'intercorrélation élémentaire ; - l'intégration sur le temps symbole de l'ensemble des valeurs de coefficient d'intercorrélation élémentaire pour délivrer ladite valeur du coefficient d'intercorrélation globale, représentative de ladite valeur de corrélation globale du symbole.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour un ensemble dénombrable d'impulsions, impulsion directe et impulsions secondaires, se propageant sur un trajet direct respectivement sur un trajet secondaire d'une pluralité de trajets de propagation secondaires, ledit procédé consiste à retenir les N premiers trajets, lesdits N premiers trajets comportant ledit trajet direct, correspondant à un temps de propagation de l'impulsion modulée associée le plus faible, et N-1 trajets secondaires correspondant chacun à un temps de propagation d'une impulsion secondaire successivement croissant.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour un ensemble dénombrable d'impulsions, impulsion directe et impulsions secondaires, se propageant sur un trajet direct respectivement sur un trajet secondaire d'une pluralité de trajets de propagation secondaires, ledit procédé consiste à retenir N trajets pour lesquels l'amplitude de l'impulsion directe respectivement des impulsions secondaires est maximale.
5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le nombre N de trajets retenus est adapté soit selon un critère de sélection des N premiers trajets, soit selon un critère de sélection des N trajets correspondant à une amplitude maximale de l'impulsion directe respectivement des impulsions secondaires en fonction des conditions de propagation, ce qui permet d'optimiser la qualité de la liaison par signal à ultra-large bande.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape consistant à engendrer un motif de corrélation composite consiste :
- à établir par corrélation, sur au moins un temps symbole, une image dudit canal de transmission, en termes d'impulsion directe respectivement d'impulsions secondaires, de temps de propagation et de différence de temps de propagation entre impulsion directe et impulsions secondaires successives ; - à mettre à jour, par corrélation glissante, l'image dudit canal de transmission pour actualiser l'apparition et la disparition de trajets de propagation secondaires et/ou du trajet de propagation direct et établir sur au moins un temps symbole, ledit motif de corrélation composite, comme image actualisée dudit canal de transmission.
7. Système de réception d'un signal ultra-large bande représentatif de symboles, ce signal transmis sur un canal de transmission comportant, sur un temps symbole, une suite d'impulsions directes successives modulées, chaque impulsion modulée se propageant selon au moins un trajet de propagation direct à laquelle est associée une pluralité d'impulsions secondaires successives distinctes se propageant chacune suivant un trajet de propagation secondaire, caractérisé en ce qu'il comporte au moins :
- des moyens de réception communs de ladite suite d'impulsions successives modulées et de ladite pluralité d'impulsions secondaires associées à chacune desdites impulsions directes successives modulées, et connectés auxdits moyens de réception communs,
- une voie d'acquisition et d'actualisation, sur au moins un temps symbole, d'une image du canal de transmission, en termes d'impulsion directe respectivement d'impulsions secondaires, de temps de propagation et de différence de temps de propagation entre impulsion directe et impulsions secondaires successives, ladite voie d'acquisition et d'actualisation permettant, par corrélation glissante, d'assurer une actualisation de l'apparition et de la disparition de trajets de propagation secondaires et/ou du trajet de propagation principal et d'établir, sur au moins un temps symbole, un motif de corrélation composite constitué par une suite de motifs de corrélation élémentaires successifs, associés chacun à une impulsion directe et à une pluralité d'impulsions secondaires successives, chaque motif de corrélation élémentaire successif étant décalé en temps par rapport au premier motif de corrélation élémentaire, associé à chaque impulsion directe, de la différence de temps de propagation entre le temps de propagation de l'impulsion directe sur le trajet de propagation direct et le temps de propagation de l'impulsion secondaire associée se propageant sur le trajet de propagation secondaire correspondant, ladite voie d'acquisition et d'actualisation permettant de délivrer un signal de liste de trajets représentatif de ladite image du canal de transmission ;
- une voie de corrélation unique recevant ledit signal de liste de trajets de propagation directs respectivement secondaires permettant de calculer la valeur du coefficient d'intercorrélation globale entre chaque impulsion directe associée à ladite pluralité d'impulsions secondaires et ledit motif de corrélation composite, ce qui permet d'obtenir une valeur de corrélation globale du symbole, somme des coefficients d'intercorrélation de chacune des impulsions directe et secondaires obtenus pour chacune des impulsions modulées émises pour le même symbole.
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite voie d'acquisition et d'actualisation comporte :
- au moins une voie de corrélation globale d'acquisition et de poursuite recevant ladite suite d'impulsions successives reçue délivrée par lesdits moyens de réception communs et délivrant une valeur de coefficient de corrélation globale d'acquisition ;
- un module d'exploration et de poursuite du canal recevant au moins la valeur de coefficient de corrélation globale d'acquisition et la valeur de coefficient de corrélation global et délivrant, d'une part, ledit signal de liste de trajets de propagation directs et secondaires, et, d'autre part, un signal de synchronisation à ladite voie de corrélation globale d'acquisition et de poursuite.
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite voie de corrélation globale d'acquisition et de poursuite comprend :
- un correlateur recevant ladite suite d'impulsions successives reçue et un sommateur délivrant ladite valeur de coefficient de corrélation d'acquisition ;
- un générateur de motifs élémentaires de synchronisation recevant ledit signal de synchronisation et délivrant un motif de corrélation d'acquisition audit correlateur, ledit signal de synchronisation consistant en une suite d'instants de motifs de corrélation élémentaires successifs, ce qui permet d'actualiser ledit signal de liste de trajets par corrélation glissante pour le temps symbole suivant par corrélation glissante à partir de la valeur du coefficient de corrélation globale délivrée par ladite voie de corrélation unique pour le temps symbole précédent, en fonction de l'apparition respectivement la disparition de trajets de propagation directs respectivement secondaires, en fonction de la variabilité dudit canal de transmission.
10. Système selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ledit signal de liste de trajets délivré par ledit module d'exploitation et de poursuite de canal est formé par les instants de corrélation composite avec ladite suite d'impulsions successives reçue pour lequel la valeur du coefficient d'intercorrélation globale délivrée par ladite voie de corrélation unique est maximale.
11. Système selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que celui-ci comporte une pluralité de voies de corrélation globale d'acquisition et de poursuite recevant ladite suite d'impulsions successives reçue, chaque voie de corrélation globale d'acquisition et de poursuite étant associée à un générateur de motifs élémentaires de synchronisation, l'ensemble formé par une voie de corrélation globale d'acquisition et de poursuite et par le générateur de motif élémentaire associé à celle-ci recevant un signal de liste des instants de corrélation spécifiques délivré par ledit module d'exploration et de poursuite de canal, lesdits signaux de liste des instants de corrélation spécifiques correspondant à des tranches temporelles décalées, ce qui permet d'engendrer une suite de motifs de corrélation élémentaire successifs par tranches temporelles successives complémentaires par corrélation glissante et de diviser sensiblement le temps d'acquisition de l'image du canal de transmission par le nombre de voies de corrélation globale d'acquisition et de poursuite constitutives de ladite pluralité de voies de corrélation globale d'acquisition et de poursuite.
12. Système selon l'une des revendications 7 à 11 , caractérisé en ce que ladite voie de corrélation unique comporte au moins :
- un générateur de motifs élémentaires de corrélation et associé à ce générateur, - un module de pondération de l'un au moins des motifs de corrélation élémentaire constitutifs du motif de corrélation composite.
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