WO2011076864A1 - Procede et dispositif de goniometrie de signaux interferant un signal utile module par plusieurs porteuses - Google Patents

Procede et dispositif de goniometrie de signaux interferant un signal utile module par plusieurs porteuses Download PDF

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WO2011076864A1
WO2011076864A1 PCT/EP2010/070524 EP2010070524W WO2011076864A1 WO 2011076864 A1 WO2011076864 A1 WO 2011076864A1 EP 2010070524 W EP2010070524 W EP 2010070524W WO 2011076864 A1 WO2011076864 A1 WO 2011076864A1
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WO
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signal
symbols
signals
useful
received
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Application number
PCT/EP2010/070524
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Inventor
François Pipon
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Thales
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Publication date
Application filed by Thales filed Critical Thales
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/74—Multi-channel systems specially adapted for direction-finding, i.e. having a single antenna system capable of giving simultaneous indications of the directions of different signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/03—Shaping networks in transmitter or receiver, e.g. adaptive shaping networks
    • H04L25/03006—Arrangements for removing intersymbol interference
    • H04L25/03821—Inter-carrier interference cancellation [ICI]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2649—Demodulators
    • H04L27/265—Fourier transform demodulators, e.g. fast Fourier transform [FFT] or discrete Fourier transform [DFT] demodulators
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    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2689—Link with other circuits, i.e. special connections between synchronisation arrangements and other circuits for achieving synchronisation
    • H04L27/2691—Link with other circuits, i.e. special connections between synchronisation arrangements and other circuits for achieving synchronisation involving interference determination or cancellation

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for signal direction finding interfering a useful signal modulated by several carriers. It applies in particular to the goniometry of spurious signals present on the same frequency band as an OFDM type signal, ie a signal modulated by orthogonal frequency distribution.
  • a first category of known methods for conducting direction finding in the presence of several signal sources includes high-resolution methods and super-resolution methods. Among these methods, mention may be made of MUSIC, ESPRIT, the maximum likelihood method, or the CAPON method. These methods make no assumptions about the waveform used by the received broadcasts and can separate N-1 signal sources (in practice N / 2 sources) with N antennas associated with N receive channels. However, it is sometimes desirable to perform the direction finding of multiple sources using only two reception channels. In addition, high resolution methods are not always applicable because of their need for computing resources.
  • a second category of known methods relates to direction finding on signals interfering with a serial waveform transmission having known sequences.
  • This type of method exploits the knowledge of the waveform of the received signals (or a part of the received signals), so as to improve the performance of the direction finding.
  • An example of such a method is described in a European patent of Thales referenced under the publication number EP0991952.
  • This method applies more particularly to linear modulation waveforms (for example GSM or UMTS waveforms).
  • OFDM symbol denotes the transmitted useful signal corresponding to the output of the Fourier transform operation after digitization of the received signal, and by "symbol", the elementary symbols, n-PSK (modulation by phase shift) or QAM (quadrature amplitude modulation) for example, modulating the subcarriers of an OFDM symbol.
  • symbols include known symbols for synchronization, propagation channel training and demodulation, and data symbols carrying useful information.
  • An object of the invention is to determine the direction of arrival of signals interfering with a signal modulated over several carrier frequencies and comprising known symbols, whatever the relative amplitudes of the interfering signals and of said modulated signal.
  • the subject of the invention is a goniometry method for determining the direction of arrival of signals interfering with a useful orthogonal frequency division signal comprising known elementary symbols, the signals comprising the wanted signal and the interfering signals being received.
  • an antenna array supplying at least two reception channels, the method comprising a step of digitizing the signals received on each reception channel, a synchronization step on the symbols of said useful signal, a Fourier transform demodulation step of the digitized signals, the method comprising for one or more symbols originating from said Fourier transform, the following steps:
  • the step of estimating the contribution y k of the interfering signals comprises, for at least each subcarrier of the received signal modulated with known symbols, for each reception channel k , a first sub-step for estimating the contribution h k of the received useful propagation channel, made from the digitized signal then demodulated by Fourier transform z k and known symbols used to modulate the useful signal, then a second sub-step step, carried out subcarrier by subcarrier, of retrenchment to the digitized signal then demodulated by Fourier transform ⁇ of an estimate of the contribution of the useful signal, calculated from said estimate of h k and the known or demodulated symbols .
  • the useful signal with orthogonal frequency distribution uses the MIMO ("Multiple Input Multiple Output") technology; this signal is emitted from several separate transmission channels, each of said transmission channels using its own known symbols to modulate the transmitted useful signal, the step of estimating the contribution of the interfering signals comprising for each channel of emission /, a first substep of estimating the contribution h k of the useful signal for at least each subcarrier f of the received signal modulated with known symbols, for each reception channel k, from the digitized signal then demodulated by Fourier transform z k and known symbols used to modulate the useful signal on said transmission channel /, a second substep combining the signal digitized and then demodulated by Fourier transform z k , the estimates h k with the known symbols each of the corresponding transmission paths to produce an estimate of the contribution of the interfering signals.
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • the estimation of the contribution of the useful propagation channel h k (f) is performed on a subcarrier index f_en determining the following ratio:
  • the method according to the invention can be executed for interfering signals whose power is less than the power received from the wanted signal, the power difference being able to be greater than 20 or 25 dB.
  • the method according to the invention can in particular be applied to goniometries of signals interfering with DVB or WiMax type transmissions.
  • An advantage of the method according to the invention is that it makes it possible to improve the precision and the sensitivity of a direction-finding performed on the parallel waveform signals, for example on the OFDM type signals.
  • FIG. 1 a first example of implementation of the method according to the invention
  • FIG. 2 a second example of implementation of the method according to the invention.
  • FIG. 3a a time-frequency diagram illustrating the distribution of the pilot subcarriers in a DVB-T type frame
  • FIG. 3b a representation of an OFDM symbol and elementary symbols
  • FIG. 4 an example of a system on which the method according to the invention can be implemented if a single interfering signal is present
  • FIG. 5 a diagram of a system on which the method according to the invention can be executed with a high resolution method
  • FIG. 6 a block diagram illustrating the steps of a method according to the invention applied to a MIMO type system.
  • FIG. 1 presents a first example of a method according to the invention.
  • 121 signals in the form of electromagnetic waves are received and transmitted to a radio receiver with K receive channels. These received signals comprise both a useful signal modulated according to an OFDM waveform and also a signal interfering with this useful signal on at least a part of its frequency band.
  • the useful signal comprises known symbols transmitted on certain carrier frequencies, hereinafter referred to as "pilot carriers”.
  • the other carrier frequencies of the useful OFDM signal hereafter referred to as “data carriers”, are modulated with data.
  • the first step 01 of the method according to the invention transposes the received signal 1 21 baseband and digitizes the received signal 1 21 on each receive channel according to techniques known to those skilled in the art.
  • the second step 1 02 performs a synchronization of the receiver on the digitized signal x k obtained at the output of the first step January 01.
  • the synchronization can in particular be carried out using the method described in the European patent of the company Thales and referenced under the publication number EP0665665 which makes it possible to take a synchronization tap in the presence of interference.
  • the third step 103 is a Fourier transform demodulation step of the digitized signal.
  • a Fourier transform FFT
  • z k (n, f) FFT (x k (((n- y (N FFT + N g ) + N g n * (N FFT + N g ))),
  • the fourth step 104 is a step of estimating the contribution h k (f) of the useful propagation channel, on each carrier f corresponding to a known symbol, and for each reception channel k. For example, for a reception channel k and the subcarrier index f, this estimate h k ⁇ f) is performed via the following criterion:
  • the fifth step 105 estimates the contribution of the interfering signals by subtracting from the signals received the estimated portion of the useful signal on each subcarrier f.
  • the term y k (n, f) represents the contribution of the interfering signals on the index symbol n received on the reception channel k on the carrier f
  • the term z k (n, f) representing the subscript symbol n of the received signal demodulated by fourier transform, for example by FFT (fast Fourier transform).
  • the method according to the invention makes it possible to isolate the contribution of the interfering signals to perform their direction-finding 106a as if the useful signal OFDM was absent.
  • a direction finding 106b OFDM useful signal can be performed with greater precision and sensitivity.
  • FIG. 2 illustrates a second example of implementation of the method according to the invention.
  • the contribution of the useful channel h k (f) on the data subcarriers can be estimated by interpolating from the estimation of the data subcarriers.
  • useful channel performed on the pilot subcarriers.
  • a pilot subcarrier which allows interpolation and estimation of the useful channel contribution on the sub-carriers.
  • data carriers interposed between the pilot subcarriers for example WiMAX waveforms, a symbol placed at the beginning of the frame includes only pilot subcarriers, the other symbols comprising almost only data subcarriers (and sometimes a few pilot sub-carriers to track the channel).
  • FIG. 3a illustrates, through a time-frequency diagram, the distribution of the pilot subcarriers in a DVB-T type frame.
  • the pilot subcarriers are represented by full disks 301, while the data subcarriers are represented by circles 302.
  • the pilot subcarriers are inserted as follows:
  • Fixed pilots or subcarriers 31 1 are present at the same location (i.e. at the same frequency) on each symbol,
  • Scattered pilot or distributed subcarriers 312 are regularly spaced every 12 subcarriers and their frequency varies from one symbol to another (offsets of 3 subcarriers for a periodicity of 4 symbols).
  • the other subcarriers are data carriers.
  • an optional step 10 of the method consists in estimating the symbols transmitted on the data subcarriers.
  • d (n, f) be the symbol transmitted on the subcarrier f of the symbol OFDM n.
  • the symbol d (n, f) can be estimated, for example, from z (n, f), the signal vector received over all K reception channels and h (f), the propagation channel vector. received on all K channels of reception, as follows:
  • the symbol d (n, f) can also be estimated by using a method described in the French patent referenced under the publication number FR2854290 which allows the demodulation of an OFDM waveform in the presence of interference.
  • step 1 10 The advantage of performing the optional step 1 10 is that it makes it possible also to use the data symbols to estimate the contribution of the interfering signals: at the output of step 1 10, the step 105 of estimation of the contribution of the interfering signals can be carried out on all the sub-carriers by the formula:
  • d (n, f) represents, according to the carrier f and the OFDM symbol n, either a data symbol, demodulated during step 1 10, or a pilot symbol.
  • the method according to the invention makes it possible to determine its direction of arrival by using, for example, for example, a direction finding method such as interferometry, vector correlation, or channel formation.
  • FIG. 4 shows a first example of a system on which the method according to the invention can be implemented if only one interfering signal is present.
  • the system 400 comprises, in the example, five reception antennas 401, 402, 403, 404, 405 distributed at the corners of a regular polygon. All the antennas 401, 402, 403, 404, 405 are connected to a switching module 410 making it possible to select the signals received by two antennas chosen from among the five 401, 402, 403, 404, 405 and to direct the selected signals towards a processing module 420 allowing, for example, to perform interferometry calculations.
  • the processing module 420 comprises a chain respectively formed of a two-way receiver 421, an analog digital converter 422, and a calculator 422.
  • the method according to the invention can select, for example, the following pairs of antennas: (first antenna 401, third antenna 403) (second antenna 402, fourth antenna 404) (third antenna 403, fifth antenna 405 ) (fourth antenna 404, first antenna 401) and (fifth antenna 405, second antenna 402).
  • the set of antenna pairs is noted C thereafter.
  • DVB-T type waveform that is to say DVB Terrestrial
  • Nfft 8192
  • Ng 1024
  • Fe 64/7 MHz.
  • the received signals x k and x m on the two antennas k and m are digitized and translated into baseband.
  • the acquisition time corresponds to 8 OFDM symbols.
  • a synchronization criterion is determined over a period corresponding to four OFDM symbols using the method described in the European patent referenced under the publication number EP0665665.
  • the synchronization sequence is formed from the pilot subcarriers (time signal from the inverse Fourier transform of the dispersed pilot carriers, the other carriers being set to zero, adding the guard interval Ng) on four consecutive OFDM symbols.
  • the synchronization criterion can be written as follows:
  • nO the synchronization position chosen so as to take into account all the propagation paths in the guard interval.
  • the Fourier transform is carried out on the signals received on the channels k and m on four symbols according to the synchronization position nO:
  • z k (n, f) FFT (x k (n0 + (n-1) * (N F FT + Ng) + N g : nO + n * (N FF T + Ng)))
  • z m (n, f ) FFT (x m (n0 + (n-1) * (N FF T + Ng) + N g : nO + n * (N FF T + Ng))))
  • the contribution of the propagation channel h k (f) and h m (f) on each carrier f is determined for the reception channel k and for the reception channel m.
  • the channel estimation is carried out by the formula where r dd (f) + 4n, f)
  • the coefficients h k (f) are therefore estimated for all three subcarriers. Then, an interpolation is implemented to obtain the estimation of the coefficients h k (f) on all the subcarriers.
  • the step 1 of estimation of the symbols transmitted on the data subcarriers is executed, as explained above.
  • the decision of the symbols is carried out taking into account the constellation (QPSK, 16-QAM or 64-QAM).
  • the contribution of the interfering signals on the reception channels k and m is estimated using all the sub-carriers (data subcarriers and pilot subcarriers) .
  • phase differences denoted A ( ⁇ mesui m , between the signals x k (n) and x m (n) received on the two antennas k and m
  • A ⁇ mesui m
  • y k (n, f) and y m (n, f) from the process according to the invention, for example, via the following formula:
  • DOA ArgMin ⁇ l A 0 (DOA) - ⁇ I 2 ⁇
  • the method according to the invention thus makes it possible in a system comprising an array of K antennas, K> 2, associated with two reception channels, determining the direction of arrival of a signal interfere in the presence of a signal.
  • useful OFDM OFDM
  • the goniometry of the useful signal can also be performed by the interferometry algorithm described above to perform direction finding interfering signals by exploiting the phase differences of h k (f) and h m (f), estimates of the useful propagation channel obtained on the k and m channels h k (f). hl (f)] Moreover, if the useful signal is received according to several propagation paths, it is also possible to perform the goniometry of each useful path: a first inverse FFT is performed to estimate the temporal impulse response of the propagation channel as follows:
  • Goniometry is performed in a second step for each path detected using the coefficients of g k (n) to calculate the phase differences:
  • n 1, .., number of paths detected
  • the path detection can be performed for example from the synchronization criterion or from the value of
  • the execution of a high-resolution method, placed at the output of the fifth step of estimating the interfering signals, makes it possible to perform their direction-finding in the presence of an OFDM useful signal with better performance than if the method according to the invention was not implemented.
  • FIG. 5 A system on which the method according to the invention can be executed with a high resolution method is diagrammatically represented in FIG. 5.
  • the system 500 comprises a pentagonal antenna array, each antenna 501, 502, 503, 504, 505 of the network feeding a processing module 51 0 configured to perform the direction finding method according to the invention with a high resolution method. Thanks to the method according to the invention, it is possible to separate more sources than signals with fixed number of antennas.
  • the processing module 51 0 comprises a chain formed respectively of a receiver 51 1 with five channels, a digital analog converter 512, and a computer 512.
  • the MUSIC algorithm is implemented from the estimation of the correlation matrix of the interfering signals (respectively useful signals) to estimate the directions of arrival of the interfering signals (respectively useful signals).
  • the antenna array comprises five sensors 501, 502, 503, 504, 505 and five digitally parallel receiving channels.
  • steps 101 to 105 are performed as in the previous example for the five parallel receive channels.
  • the correlation matrix of the interfering signals is calculated from the signals y (f).
  • the correlation matrix of the wanted signal is calculated from the vector h of the channel estimates:
  • FIG. 6 illustrates the method according to the invention applied to a MIMO type system.
  • the useful signal is transmitted on several transmitting antennas.
  • the fourth step 104 and the fifth step 105 of the method are modified in the following way to take into account the signals emitted by the different transmitting antennas (the other steps remain unchanged).
  • the fourth step 104 is repeated 204, 204 ', 204 "for each of the M transmission channels used to transmit the wanted signal, so that for each reception channel k the M propagation channels are estimated.
  • kitTI (f) corresponding to each of the transmission channels.
  • d m (n, f) corresponds to the useful elementary symbol emitted from the antenna m on the carrier f and the symbol OFDM n.
  • the other transmitting antennas do not transmit any data (carrier set to zero), so that the sum written below there is only one term if it takes into account the subcarriers f corresponding to a known elementary symbol emitted by one of the transmitting antennas.
  • the step 1 of demodulating the elementary symbols can also be performed.
  • the term y k (n, f) can be estimated on all the sub-carriers (elementary and known data symbols).

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Abstract

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour déterminer la direction d'arrivée de signaux interférant un signal utile de type OFDM comportant des symboles connus, ledit signal étant reçu par un réseau d'antennes. Le procédé comprend une étape de numérisation (101) des signaux reçus sur chaque antenne, une étape de synchronisation (102) sur les symboles dudit signal utile, une étape de démodulation (103) des signaux numérisés, le procédé comprenant, pour chaque symbole OFDM reçu, les étapes suivantes : - estimer la contribution des signaux interférents (104, 105) à partir desdits symboles connus; - effectuer une goniométrie sur les signaux interférents estimés lors de l'étape précédente L'invention s'applique en particulier à la goniométrie de signaux parasites présents sur la même bande de fréquence qu'un signal connu modulé par plusieurs porteuses, les signaux parasites étant d'une amplitude plus faible que le signal connu.

Description

Procédé et dispositif de goniométrie de signaux interférant un signal utile modulé par plusieurs porteuses
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de goniométrie de signaux interférant un signal utile modulé par plusieurs porteuses. Elle s'applique en particulier à la goniométrie de signaux parasites présents sur la même bande de fréquence qu'un signal de type OFDM, c'est à dire un signal modulé par répartition de fréquences orthogonales.
Lorsque plusieurs émissions sont reçues sur un même canal de fréquence, seule l'émission de plus forte amplitude peut généralement faire l'objet d'une goniométrie. Or, de nombreuses applications requièrent de pouvoir déterminer la direction d'arrivée de toutes les émissions reçues sur un même canal de fréquence, y compris les émissions reçues avec un faible niveau de puissance, de l'ordre par exemple de 20 ou 25 dB au dessous de l'émission de puissance la plus élevée. A titre d'illustration, on souhaite déterminer l'origine de signaux perturbant un programme de télévision émis sur une forme d'onde de type DVB (« Digital Video Broadcasting »).
Une première catégorie de méthodes connues permettant d'effectuer une goniométrie en présence de plusieurs sources de signaux regroupe les méthodes à haute-résolution et les méthodes à super résolution. Parmi ces méthodes, on peut citer MUSIC, ESPRIT, la méthode du maximum de vraisemblance, ou encore la méthode CAPON. Ces méthodes ne font aucune hypothèse sur la forme d'onde utilisée par les émissions reçues et permettent de séparer N-1 sources de signaux (dans la pratique N/2 sources) avec N antennes associées à N voies de réception. Or, il est parfois souhaitable d'effectuer la goniométrie de multiples sources en utilisant seulement deux voies de réception. Par ailleurs, les méthodes à haute résolution ne sont pas toujours applicables du fait de leur besoin en ressources de calcul.
Une seconde catégorie de méthodes connues concerne la goniométrie sur des signaux interférant une émission à forme d'onde série comportant des séquences connues. Ce type de méthode exploite la connaissance de la forme d'onde des signaux reçus (ou d'une partie des signaux reçus), de manière à améliorer les performances de la goniométrie. Un exemple d'une telle méthode est décrit dans un brevet européen de Thaïes référencé sous le numéro de publication EP0991952. Cette méthode s'applique cependant plus particulièrement à des formes d'onde à modulation linéaire (par exemple les formes d'onde de type GSM ou UMTS). Or, il est souhaité de pouvoir effectuer une goniométrie sur des signaux interférant des signaux modulés par multiporteuses, comme dans les émissions de type DVB ou WiMax.
Dans la suite du texte, on désigne par « symbole OFDM » le signal utile transmis correspondant à la sortie de l'opération de transformée de Fourier après numérisation du signal reçu, et par « symbole », les symboles élémentaires, n-PSK (modulation par déplacement de phase) ou QAM (modulation d'amplitude en quadrature) par exemple, modulant les sous-porteuses d'un symbole OFDM. Les symboles élémentaires 391 et symboles OFDM 381 , 382 sont illustrés en figure 3b. Parmi les symboles, on distingue les symboles connus, permettant la synchronisation, l'apprentissage du canal de propagation et la démodulation, et les symboles de données transportant l'information utile.
Un but de l'invention est de déterminer la direction d'arrivée de signaux interférant un signal modulé sur plusieurs fréquences porteuses et comportant des symboles connus, quelque soit les amplitudes relatives des signaux interférents et dudit signal modulé. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de goniométrie pour déterminer la direction d'arrivée de signaux interférant un signal utile à répartition de fréquences orthogonales comportant des symboles élémentaires connus, les signaux comprenant le signal utile et les signaux interférents étant reçus par un réseau d'antennes alimentant au moins deux voies de réception, le procédé comprenant une étape de numérisation des signaux reçus sur chaque voie de réception, une étape de synchronisation sur les symboles dudit signal utile, une étape de démodulation par transformée de Fourier des signaux numérisés, le procédé comprenant pour un ou plusieurs symboles issus de ladite transformée de Fourier, les étapes suivantes :
o estimer sur chaque sous-porteuse correspondant à une sous- porteuse où le symbole élémentaire utile est connu la contribution des signaux interférents au signal reçu à partir desdits symboles élémentaires utiles connus ; o effectuer une goniométrie sur les signaux interférents à partir des estimations effectuées lors de l'étape précédente.
Selon une mise en œuvre du procédé selon l'invention, l'étape d'estimation de la contribution yk des signaux interférents comprend, au moins pour chaque sous-porteuse du signal reçu modulée avec des symboles connus, pour chaque voie de réception k, une première sous-étape d'estimation de la contribution hk du canal de propagation utile reçu, effectuée à partir du signal numérisé puis démodulé par transformée de Fourier zk et des symboles connus utilisés pour moduler le signal utile, puis une deuxième sous-étape, effectuée sous-porteuse par sous-porteuse, de retranchement au signal numérisé puis démodulé par transformée de Fourier ζ d'une estimation de la contribution du signal utile, calculée à partir de ladite estimation de hk et des symboles connus ou démodulés.
Selon une mise en œuvre du procédé selon l'invention, le signal utile à répartition de fréquences orthogonales utilise la technologie MIMO (« Multiple Input Multiple Output ») ; ce signal est émis à partir de plusieurs voies d'émission distinctes, chacune desdites voies d'émission utilisant ses propres symboles connus pour moduler le signal utile émis, l'étape d'estimation de la contribution des signaux interférents comprenant pour chaque voie d'émission /, une première sous-étape d'estimation de la contribution hk du signal utile pour au moins chaque sous-porteuse f du signal reçu modulée avec des symboles connus, pour chaque voie de réception k, à partir du signal numérisé puis démodulé par transformée de Fourier zk et des symboles connus utilisés pour moduler le signal utile sur ladite voie d'émission /, une deuxième sous-étape combinant le signal numérisé puis démodulé par transformée de Fourier zk, les estimations hk avec les symboles connus de chacune des voies d'émission correspondantes pour produire une estimation de la contribution des signaux interférents.
Avantageusement, pour une voie de réception d'indice k, l'estimation de la contribution du canal de propagation utile hk(f) est effectuée sur une sous-porteuse d'indice f_en déterminant le rapport suivant :
hk(f) = rdzk(f) / rdd(f), où rdd (f) =∑d(n, f) - d* (n, f) et rdzk (f) = zk (n, f) - d* (n, f) , zk(n,f) étant le signal obtenu sur la sous- porteuse f du signal utile OFDM après démodulation par FFT du signal reçu sur la voie k, d(n, f) étant un symbole élémentaire connu émis sur la sous- porteuse f du signal OFDM.
Avantageusement, le procédé selon l'invention peut être exécuté pour des signaux interférents dont la puissance est inférieure à la puissance reçue du signal utile, l'écart de puissance pouvant être supérieur à 20 ou 25 dB.
Le procédé selon l'invention peut notamment être appliqué à des goniométries de signaux interférant des émissions de type DVB ou WiMax.
Un avantage du procédé selon l'invention est qu'il permet d'améliorer la précision et la sensibilité d'une goniométrie effectuée sur les signaux de forme d'onde parallèle, par exemple sur les signaux de type OFDM. D'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description détaillée donnée à titre d'exemple et non limitative qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent :
• la figure 1 , un premier exemple de mise en œuvre du procédé selon l'invention ;
· la figure 2, un deuxième exemple de mise en œuvre du procédé selon l'invention ;
• la figure 3a, un diagramme temps-fréquence illustrant la répartition des sous-porteuses pilotes dans une trame de type DVB-T ;
• la figure 3b, une représentation d'un symbole OFDM et de symboles élémentaires,
• la figure 4, un exemple de système sur lequel le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre si un seul signal interfèrent est présent ;
• la figure 5, un schéma d'un système sur lequel peut être exécuté le procédé selon l'invention avec une méthode à haute résolution ;
• la figure 6, un synoptique illustrant les étapes d'un procédé selon l'invention appliqué à un système de type MIMO.
La figure 1 présente un premier exemple de procédé selon l'invention. Des signaux 121 sous forme d'ondes électromagnétiques sont reçus et transmis à un récepteur radioélectrique comportant K voies de réception. Ces signaux reçus comportent à la fois un signal utile modulé selon une forme d'onde de type OFDM et également un signal interférant ce signal utile sur au moins une partie de sa bande de fréquence. Le signal utile comprend des symboles connus émis sur certaines fréquences porteuses, qualifiées par la suite de « porteuses pilotes ». Les autres fréquences porteuses du signal utile OFDM, appelées par la suite « porteuses de données » sont modulées avec des données.
La première étape 1 01 du procédé selon l'invention transpose le signal reçu 1 21 en bande de base et numérise le signal reçu 1 21 sur chaque voie de réception selon des techniques connues de l'Homme du métier.
La deuxième étape 1 02 effectue une synchronisation du récepteur sur le signal numérisé xk obtenu en sortie de la première étape 1 01 . La synchronisation peut notamment s'effectuer en utilisant le procédé décrit dans le brevet européen de la société Thaïes et référencé sous le numéro de publication EP0665665 qui permet d'effectuer une prise de synchronisation en présence d'interférence.
La troisième étape 1 03 est une étape de démodulation par transformée de Fourier du signal numérisé. Sur chaque symbole OFDM d'indice n et pour chaque voie de réception k, une transformée de Fourier (FFT) est appliquée sur le signal numérisé xk comme suit :
zk(n, f) = FFT(xk(((n- y(NFFT+Ng) +Ng n*(NFFT+Ng))),
où le terme zk(n, f) représente le symbole démodulé, f étant l'indice de la sous-porteuse, NFFT \a taille de la FFT qui est un paramètre de la forme d'onde du signal utile, Ng étant le temps de garde.
La quatrième étape 1 04 est une étape d'estimation de la contribution hk{f) du canal de propagation utile, sur chaque porteuse f correspondant à un symbole connu, et pour chaque voie de réception k. Par exemple, pour une voie de réception k et la sous-porteuse d'indice f, cette estimation hk{f) est effectuée via le critère suivant :
Figure imgf000007_0001
OÙ rdd (f ) = t d(n, f ) - d
Figure imgf000007_0002
f ) et ¾ ( ) = (n, f ) - d * (n, f ) d(n, f) étant un symbole connu émis sur la sous-porteuse pilote d'indice f du symbole OFDM d'indice n. La cinquième étape 105 estime la contribution des signaux interférents en retranchant aux signaux reçus la partie estimée du signal utile sur chaque sous-porteuse f. Ainsi, pour chaque symbole OFDM d'indice n, pour chaque voie de réception k et pour chaque porteuse correspondant à un symbole connu, est effectuée l'estimation suivante :
yk(n,f) = zk(n,f) - hk(f)*d(n,f)
où le terme yk(n,f) représente la contribution des signaux interférents sur le symbole d'indice n reçu sur la voie de réception k sur la porteuse f, le terme zk(n,f) représentant le symbole d'indice n du signal reçu démodulé par transformée de fourier, par exemple par FFT (transformée de Fourier rapide).
Comme illustré en figure 1 , le procédé selon l'invention permet d'isoler la contribution des signaux interférents pour effectuer leur goniométrie 106a comme si le signal utile OFDM était absent. Outre une goniométrie des signaux interférents, une goniométrie 106b du signal utile OFDM peut être effectuée avec une précision et une sensibilité accrue.
La figure 2 illustre un deuxième exemple de mise en œuvre du procédé selon l'invention.
Dans le cas où les sous-porteuses pilotes sont réparties parmi les sous-porteuses de données, on peut estimer la contribution du canal utile hk(f) sur les sous-porteuses de données en effectuant une interpolation à partir de l'estimation du canal utile effectuée sur les sous-porteuses pilotes. Par exemple, dans le cas d'une forme d'onde de type DVB, une sous- porteuse sur trois est une sous-porteuse pilote, ce qui permet d'effectuer une interpolation et d'estimer la contribution du canal utile sur les sous-porteuses de données intercalées entre les sous-porteuses pilotes. Dans d'autres formes d'ondes, par exemple les formes d'onde de type WiMAX, un symbole placé en début de trame ne comporte que des sous-porteuses pilotes, les autres symboles comportant quasiment uniquement des sous-porteuses de données (et parfois quelques sous-porteuses pilotes pour assurer le suivi du canal).
La figure 3a illustre, à travers un diagramme temps-fréquence, la répartition des sous-porteuses pilotes dans une trame de type DVB-T. Les sous-porteuses pilotes sont représentées par des disques pleins 301 , tandis que les sous-porteuses de données sont représentées par des cercles 302. Dans un signal de forme d'onde DVB-T, les sous-porteuses pilotes sont insérées comme suit :
• des « continuai pilots » ou sous-porteuses pilotes fixes 31 1 sont présentes au même emplacement (c'est-à-dire à la même fréquence) sur chaque symbole,
• des « scattered pilot » ou sous-porteuses pilotes 312 réparties sont régulièrement espacées toutes les 12 sous-porteuses et leur fréquence varie d'un symbole à l'autre (décalages de 3 sous- porteuses pour une périodicité de 4 symboles).
Les autres sous-porteuses sont des porteuses de données.
Comme illustré en figure 2, une étape optionnelle 1 10 du procédé consiste à estimer les symboles transmis sur les sous-porteuses de données. Soit d(n,f) le symbole transmis sur la sous-porteuse f du symbole OFDM n. Le symbole d(n,f) peut être estimé, par exemple, à partir de z(n,f), le vecteur signal reçu sur l'ensemble des K voies de réception et de h(f), le vecteur canal de propagation reçu sur l'ensemble des K voies de réception, de la façon suivante :
d[n, f] = h[n, f]H/(h[n, f]H h[n, f])z[n, f]
Figure imgf000009_0001
h[f] = [h-,[f],h2[f],...,hK[f]]T
Le symbole d(n,f) peut également être estimé en utilisant une méthode décrite dans le brevet français référencé sous le numéro de publication FR2854290 qui permet la démodulation d'une forme d'onde OFDM en présence d'interférences.
L'intérêt d'effectuer l'étape optionnelle 1 10 est qu'elle permet de pouvoir utiliser également les symboles de données pour estimer la contribution des signaux interférents : en sortie de l'étape 1 10, l'étape 105 d'estimation de la contribution des signaux interférents peut être effectuée sur toutes les sous-porteuses par la formule :
yk(n,f) = zk(n,f) - hk(f)*d(n,f)
où d(n,f) représente, suivant la porteuse f et le symbole OFDM n , soit un symbole de données, démodulé lors de l'étape 1 10, soit un symbole pilote.
Si un seul signal interfèrent est présent, le procédé selon l'invention permet de déterminer sa direction d'arrivée en utilisant, par exemple, une méthode de goniométrie telle que l'interférométrie, la corrélation vectorielle, ou la formation de voies.
La figure 4 présente un premier exemple de système sur lequel le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre si un seul signal interfèrent est présent. Le système 400 comprend, dans l'exemple, cinq antennes 401 , 402, 403, 404, 405 de réception réparties aux coins d'un polygone régulier. Toutes les antennes 401 , 402, 403, 404, 405 sont raccordées à un module de commutation 410 permettant de sélectionner les signaux reçus par deux antennes choisies parmi les cinq 401 , 402, 403, 404, 405 et d'orienter les signaux sélectionnés vers un module traitement 420 permettant, par exemple, d'effectuer des calculs d'interférométrie. Le module de traitement 420 comprend une chaîne formée respectivement d'un récepteur 421 à deux voies, d'un convertisseur analogique numérique 422, et d'un calculateur 422.
Pour le système 400, le procédé selon l'invention peut sélectionner, par exemple, les couples d'antennes suivants : (première antenne 401 ; troisième antenne 403) (deuxième antenne 402 ; quatrième antenne 404) (troisième antenne 403 ; cinquième antenne 405) (quatrième antenne 404 ; première antenne 401 ) et (cinquième antenne 405 ; deuxième antenne 402). L'ensemble des couples d'antennes est noté C par la suite.
Un exemple d'exécution du procédé selon l'invention pour le système 400 est maintenant décrit pour une forme d'onde de type DVB-T, c'est-à-dire DVB Terrestre, avec les paramètres suivants : mode 8 K, une bande de 8 MHz et un temps de garde de 1 /8, ce qui correspond à 6817 sous-porteuses, Nfft=8192, Ng=1024, Fe=64/7 MHz.
Selon la première étape 101 du procédé, les signaux reçus xk et xm sur les deux antennes k et m sont numérisés et translatés en bande de base. La durée d'acquisition correspond à 8 symboles OFDM.
Ensuite, la deuxième étape 102 du procédé est exécutée. Un critère de synchronisation est déterminé sur une durée correspondant à quatre symboles OFDM en utilisant la méthode décrite dans le brevet européen référencé sous le numéro de publication EP0665665. La séquence de synchronisation est formée à partir des sous-porteuses pilotes (signal temporel provenant de la transformée de Fourier inverse des porteuses pilotes dispersées, les autres porteuses étant mises à zéro, en ajoutant l'intervalle de garde Ng) et ce sur quatre symboles OFDM consécutifs. Le critère de synchronisation peut s'écrire de la façon suivante :
c(n) = ^r )R )rxd (n) avec :
+ / )x" (n + / )
Figure imgf000011_0001
N = 4 * (Nfft+Ng)
x{n) = [xk{n) ; xm{n)]T
On note maintenant nO la position de synchronisation choisie de façon à prendre en compte l'ensemble des trajets de propagation dans l'intervalle de garde.
Selon la troisième étape 1 03 du procédé, on effectue la transformée de Fourier sur les signaux reçus sur les voies k et m sur quatre symboles suivant la position de synchronisation nO :
zk(n, f) = FFT(xk(n0+(n-1 )*(NFFT+Ng) +Ng : nO+n*(NFFT+Ng))) zm(n, f) = FFT(xm(n0+(n-1 )*(NFFT+Ng) +Ng : nO+n*(NFFT+Ng)))
Selon la quatrième étape 1 04 du procédé, la contribution du canal de propagation hk(f) et hm(f) sur chaque porteuse f est déterminée pour la voie de réception k et pour la voie de réception m. Ainsi, sur chacune des porteuses pilotes dispersées (1 porteuse sur 1 2), on effectue l'estimation de canal par la formule où rdd (f)
Figure imgf000011_0002
+ 4n, f)
1
et rdzk (f) =∑zk (p+ 4n, f) d* (p+ 4n, f) avec p = 1 à 4 pour tenir compte de la périodicité de la position des sous- porteuses pilotes dispersées sur quatre symboles.
Et f = 1 +3*(p-1 )+1 2*l
A l'issue de cette opération, les coefficients hk(f) sont donc estimés toutes les trois sous-porteuses. Ensuite, une interpolation est mise en oeuvre pour obtenir l'estimation des coefficients hk(f) sur toutes les sous-porteuses.
L'étape 1 10 d'estimation des symboles transmis sur les sous- porteuses de données est exécutée, comme expliquée plus haut. Sur chaque sous-porteuse de données, la décision des symboles est réalisée en tenant compte de la constellation (QPSK, 16-QAM ou 64-QAM).
Selon la cinquième étape 105, on estime la contribution des signaux interférents sur les voies de réception k et m, selon la méthode expliquée plus haut, en utilisant l'ensemble des sous-porteuses (sous- porteuses de données et sous-porteuses pilotes).
Ensuite, aux fins d'effectuer une goniométrie par interférométrie, on effectue les étapes suivantes : pour chaque couple d'antennes (k ; m), sur les signaux yk(n,f) et ym(n,f) issus du procédé selon l'invention :
· dans un premier temps, on estime, pour chaque couple d'antennes (k ;m), des différences de phase entre les signaux reçus par ces antennes k, m, différences de phase notées A(^mesui m, entre les signaux xk(n) et xm(n) reçus sur les deux antennes k et m. Cette différence de phase s'estime en utilisant les signaux estimés yk(n,f) et ym(n,f) issus du procédé selon l'invention, par exemple, via la formule suivante :
8 6817
A(f esuré(k,m) = phase (∑∑yk (n,f) - y ,f) )
n=l f =l
• dans un deuxième temps, on recherche la direction d'arrivée (azimut et/ou site) correspondant au jeu des cinq différences de phase mesurées : pour chaque direction d'arrivée (DOA), les différences de phase théoriques entre les antennes k et m sont notées A(^theo kitT,(DOA) et sont obtenues par des méthodes connues de l'homme du métier faisant intervenir si nécessaire une calibration du réseau d'antennes. Ensuite, un algorithme recherche la direction d'arrivée qui minimise l'écart entre les différences de phase théoriques et les différences de phases mesurées sur chaque couple c d'antenne (k,m) de l'ensemble
C. Par exemple,
DOA = ArgMin {∑l A 0 (DOA) - ~ I2 }
Le procédé selon l'invention rend donc possible, dans un système comportant un réseau de K antennes, K >2, associé à deux voies de réception, la détermination de la direction d'arrivée d'un signal interfèrent en présence d'un signal utile OFDM.
La goniométrie du signal utile peut également être effectuée par l'algorithme d'interférométrie décrit ci-dessus pour effectuer la goniométrie des signaux interférents en exploitant les différences de phase de hk(f) et hm(f), les estimations du canal de propagation utile obtenues sur les voies k et m
Figure imgf000013_0001
hk (f) . hl (f) ] En outre, si le signal utile est reçu suivant plusieurs trajets de propagation, il est aussi possible d'effectuer la goniométrie de chaque trajet utile : on effectue dans un premier temps une FFT inverse pour estimer la réponse impulsionnelle temporelle du canal de propagation comme suit :
gk(n) = FFT-1 (hk(f))
La goniométrie est effectuée dans un second temps pour chaque trajet détecté en utilisant les coefficients de gk(n) pour calculer les différences de phase :
A(f esuré k,m (n) = phase [ gk (indice(n)) - gl (indice(n) ]
avec n = 1 , .., nombre de trajets détectés
indice : tableau contenant les retards des trajets détectés
La détection des trajets peut s'effectuer par exemple à partir du critère de synchronisation ou d'après la valeur de |gk(n)|2, qui correspond à la puissance du trajet n.
Si plusieurs signaux interférents sont présents, l'exécution d'une méthode à haute résolution, placée en sortie de la cinquième étape 1 05 d'estimation des signaux interférents, permet d'effectuer leur goniométrie en présence d'un signal utile OFDM avec de meilleures performances que si le procédé selon l'invention n'était pas mis en œuvre.
Un système sur lequel peut être exécuté le procédé selon l'invention avec une méthode à haute résolution est schématiquement représenté en figure 5. Le système 500 comporte un réseau antennaire pentagonal, chaque antenne 501 , 502, 503, 504, 505 du réseau alimentant un module de traitement 51 0 configuré pour exécuter le procédé de goniométrie selon l'invention avec une méthode à haute résolution. Grâce au procédé selon l'invention, il est possible de séparer plus de sources que de signaux à nombre fixé d'antennes. Le module de traitement 51 0 comprend une chaîne formée respectivement d'un récepteur 51 1 à cinq voies, d'un convertisseur analogique numérique 512, et d'un calculateur 512. Par exemple, l'algorithme MUSIC est mis en œuvre à partir de l'estimation de la matrice de corrélation des signaux interférents (respectivement des signaux utiles) pour estimer les directions d'arrivée des signaux interférents (respectivement des signaux utiles).
Le réseau d'antennes comporte cinq capteurs 501 , 502, 503, 504, 505 et cinq voies de réception numérisées en parallèle. Pour le signal DVB-T de l'exemple précédent, les étapes 101 à 105 sont effectuées comme dans l'exemple précédent pour les cinq voies de réception en parallèle.
La matrice de corrélation des signaux interférents est calculée à partir des signaux y(f).
8 6817
Ryy =∑∑y[n,f] - y[n,fjH )
n=l f=l
Figure imgf000014_0001
La matrice de corrélation du signal utile est calculée à partir du vecteur h des estimées de canal :
8 6817
Ruu =∑∑h[n,f] - h[n,f]H )
n=l f =l
Avec h[n,f\ = n,f ,h2[n,f ,-ÏÏàn,f]T
La figure 6 illustre le procédé selon l'invention appliqué à un système de type MIMO. Le signal utile est émis sur plusieurs antennes émettrices.
Dans le cas d'un système de type MIMO, acronyme anglo-saxon pour
« Multiple Input, Multiple Output », la quatrième étape 104 et la cinquième étape 105 du procédé sont modifiées de la façon suivante pour tenir compte des signaux émis par les différentes antennes d'émission (les autres étapes restent inchangées).
■ La quatrième étape 104 est répétée 204, 204', 204" pour chacune des M voies d'émission utilisées pour émettre le signal utile, de sorte que l'on estime pour chaque voie de réception k, les M canaux de propagation utile hkitTI(f) correspondant à chacune des voies d'émission.
■ La cinquième étape 105 estime les contributions des signaux interférents obtenus pour chaque voie de réception et pour au moins toutes les sous-porteuses ayant été modulées avec des symboles connus par la formule suivante yk(n,f) = zk(n,f) - somme_sur_m h m(f)*dm(n.f)
où dm(n,f) correspond au symbole élémentaire utile émis depuis l'antenne m sur la porteuse f et le symbole OFDM n. En général, pour une porteuse f correspondant à un symbole élémentaire connu émis par l'une des antennes d'émission, les autres antennes d'émission n'émettent aucune donnée (porteuse mise à zéro), de sorte que la somme écrite ci-dessus ne comporte qu'un seul terme si on prend en compte les sous-porteuses f correspondant à un symbole élémentaire connu émis par l'une des antennes d'émission.
L'étape 1 10 de démodulation des symboles élémentaires peut également être effectuée. Dans ce cas, le terme yk(n,f) peut être estimée sur l'ensemble des sous-porteuses (symboles élémentaires de données et connus).

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de goniométrie pour déterminer la direction d'arrivée de signaux interférant un signal utile à répartition de fréquences orthogonales comportant des symboles élémentaires connus, les signaux comprenant le signal utile et les signaux interférents étant reçus par un réseau d'antennes alimentant au moins deux voies de réception, le procédé comprenant une étape de numérisation (101 ) des signaux reçus sur chaque voie de réception, une étape de synchronisation (1 02) sur les symboles dudit signal utile, une étape de démodulation (1 03) par transformée de Fourier des signaux numérisés, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend, pour un ou plusieurs symboles issus de ladite transformée de Fourier, les étapes suivantes :
o estimer sur chaque sous-porteuse correspondant à une sous- porteuse où le symbole élémentaire utile est connu (1 04, 204, 1 05, 205) la contribution des signaux interférents au signal reçu à partir desdits symboles élémentaires utiles connus ;
o effectuer une goniométrie (1 06) sur les signaux interférents à partir des estimations effectuées lors de l'étape précédente.
2. Procédé de goniométrie selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape (1 04, 1 05) d'estimation de la contribution yk des signaux interférents comprend, au moins pour chaque sous-porteuse du signal reçu modulée avec des symboles connus, pour chaque voie de réception k, une première sous-étape (1 04) d'estimation de la contribution hk du canal de propagation utile reçu effectuée à partir du signal zk numérisé puis démodulé par transformée de Fourier et des symboles connus utilisés pour moduler le signal utile, puis une deuxième sous-étape (1 05), effectuée sous-porteuse par sous-porteuse, de retranchement au signal numérisé puis démodulé par transformée de Fourier zk d'une estimation de la contribution du signal utile, calculée à partir de ladite estimation de hk et des symboles connus ou démodulés .
3. Procédé de goniométrie selon la revendication 1 ou 2, le signal utile (OFDM) étant émis à partir de plusieurs voies d'émission distinctes, chacune desdites voies d'émission utilisant ses propres symboles connus pour moduler le signal utile émis, caractérisé en ce que l'étape (204, 204', 204", 205) d'estimation de la contribution des signaux interférents comprend pour chaque voie d'émission I, une première sous- étape (204, 204', 204") d'estimation de la contribution hkj du signal utile pour au moins chaque sous-porteuse f du signal reçu modulée avec des symboles connus, pour chaque voie de réception k, à partir du signal zk numérisé puis démodulé par transformée de Fourier et des symboles connus utilisés pour moduler le signal utile sur ladite voie d'émission I, une deuxième sous-étape (205) combinant le signal zk numérisé puis démodulé par transformée de Fourier, les estimations hkJ avec les symboles connus de chacune des voies d'émission correspondantes pour produire une estimation de la contribution des signaux interférents.
4. Procédé de goniométrie selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que, pour une voie de réception d'indice k, l'estimation (104) de la contribution du canal de propagation utile hk(f) est effectuée sur une sous-porteuse d'indice f_en déterminant le rapport suivant :
hk(f) = rdzk(f) / rdd(f), où rdd (f )
Figure imgf000017_0001
f ) et (f ) = zk (n, f ) - d * (n, f ) , zk(n,f) étant le signal obtenu sur la sous- porteuse f du signal utile (OFDM) après démodulation par FFT du signal reçu sur la voie k, d(n, f) étant un symbole élémentaire connu émis sur la sous-porteuse f du signal (OFDM).
5. Procédé de goniométrie selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (1 10) d'estimation des symboles transmis sur les sous-porteuses de données à partir du vecteur signal z reçu sur l'ensemble des K voies de réception et de h(f), le vecteur canal de propagation reçu sur l'ensemble des K voies de réception.
6. Procédé de goniométrie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la puissance reçu des signaux interférents est inférieure à la puissance reçue du signal utile, l'écart de puissance étant compris entre 20 et 25 dB.
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