WO2023213929A1 - Procede d'encodage et de decodage d'un message uwb au moyen d'une modulation generant un decalage temporel des bits de donnees - Google Patents

Procede d'encodage et de decodage d'un message uwb au moyen d'une modulation generant un decalage temporel des bits de donnees Download PDF

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WO2023213929A1
WO2023213929A1 PCT/EP2023/061772 EP2023061772W WO2023213929A1 WO 2023213929 A1 WO2023213929 A1 WO 2023213929A1 EP 2023061772 W EP2023061772 W EP 2023061772W WO 2023213929 A1 WO2023213929 A1 WO 2023213929A1
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pseudo
data
random code
code
uwb
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PCT/EP2023/061772
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Jan Mennekens
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Uwinloc
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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
    • H04B1/707—Spread spectrum techniques using direct sequence modulation
    • 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

Definitions

  • the field of the invention relates to the field of information transmission by means of radio signals.
  • the field of the invention relates to the field of modulation of UWB signals.
  • the field of the invention relates to the field of encoding information to be transmitted by means of UWB signals.
  • UWB Ultra Wide Band
  • a UWB signal is relatively insensitive to the attenuation phenomenon due to the multiple paths taken by a radio wave. A UWB signal can therefore provide good spatial and temporal resolutions.
  • Such transmitter devices can for example be materialized by radio tags and emit signals towards one or more receiving devices, for example materialized by one or more beacons.
  • To detect the position of the transmitter it is common to estimate an arrival time of the transmitted signal. This estimation of the arrival time is for example carried out by the implementation of a digital correlator at the receiver, which generates correlation peaks at sampling times of the received signal. The precision of the estimation of the arrival time of the message is then correlated with the location precision of the transmitting device. The estimate of the arrival time of the signal then corresponds to the instant of detection of the first correlation peak whose amplitude exceeds a predetermined threshold.
  • a pulse Due to its very short duration, a pulse has very rapid rising and falling edges, which makes it possible to determine, at the level of a device receiving the UWB signal, a very precise arrival time of a pulse. It is also possible to fairly clearly distinguish the shortest path from the other paths taken by the radio wave. All this contributes to optimizing an estimate of the geographical position of a device emitting a UWB signal from the time of arrival of said signal.
  • a direct sequence spread spectrum modulation method (better known by the acronym DSSS in the Anglo-Saxon literature).
  • DSSS direct sequence spread spectrum modulation
  • a data message is encoded as a sequence of bits and each bit is modulated with a pseudo-random code.
  • the transmitted message is then decoded at the receiver by sampling the received signal and implementing correlation calculations from the received signal and in relation to a reference signal.
  • the precision of the estimation of the message arrival time depends on the sampling frequency of the received signal: the higher the latter, the better the estimation of the message arrival time.
  • a disadvantage of this method is that increasing the sampling frequency to improve the arrival time estimation generates significant costs; whether from a hardware point of view, or from a point of view of the energy consumption of the system. Furthermore, such a method is no longer advantageous when the Nyquist frequency is reached.
  • each binary sequence is composed of binary symbols that can take two states: a first state and a second state.
  • the second state corresponds for example to the opposite state of the first state.
  • the first state is materialized by the value “1”
  • the second state is materialized by the value “-1”, corresponding respectively to the presence or absence of a pulse.
  • An objective of the invention is to overcome the drawbacks of the prior art by proposing a method of encoding and decoding a UWB message allowing more precise localization, with an improved range, and requiring low energy consumption. .
  • the invention relates to a computer-implemented method for encoding at least one data message intended to be transmitted by a UWB transmitter to a UWB receiver, the method comprising:
  • each data segment encoding at least one useful data value by means of a second pseudo-random code and from: o the time reference, o a position of the data segment in the sequence ; o an autocorrelation peak of the second pseudo-random code.
  • An advantage is to improve the accuracy of calculating the arrival time of the data message. Another advantage is to reduce the energy consumption of a UWB tracking system. Another advantage is to improve the location accuracy of a transmitter device.
  • each data segment comprises a set of bits, the method comprising a temporal sliding operation of a subset of bits encoding the useful data value of at least one data segment of the sequence of data segments for positioning said subset of bits in the first position in the data segment.
  • An advantage is to move the position of an autocorrelation peak of the data message to improve the decoding of useful data from said data message.
  • each bit of the first replacement pseudorandom code is replaced by a second replacement pseudorandom code.
  • the initial pseudo-random code comprises a first Barker sequence and the first replacement pseudo-random code comprises a second Barker sequence.
  • the second replacement pseudo-random code comprises a third Barker sequence.
  • the first Barker sequence, the second Barker sequence and the third Barker sequence are the same Barker sequence. According to one variant, these are different Barker sequences. For example, these are Barker sequences of different sizes.
  • An advantage is to encode the data with shorter sequences while maintaining a minimum autocorrelation value.
  • the method comprises the generation of a plurality of second pseudo-random codes from the initial pseudo-random code by successively applying time shifts of a predefined number of bits to the initial pseudo-random code and in which the generation of the set of segments is carried out from the plurality of second pseudo-random codes.
  • An advantage is to obtain a minimum autocorrelation value while simplifying the decoding of the transmitted data.
  • Another advantage is to optimize the orthogonality of the data codes between them.
  • the first pseudo-random code has a number of bits greater than the number of bits of the second pseudo-random code.
  • the invention relates to a computer-implemented method for locating a transmitter comprising encoding the data message according to the first aspect of the invention, the method comprising receiving a plurality of data messages by a plurality of UWB beacons, each beacon comprising a clock, said reception comprising:
  • the invention relates to a computer-implemented method of decoding at least one data message encoded by the method according to the first aspect of the invention and transmitted by a UWB transmitter comprising:
  • the application of the second autocorrelation function comprises the implementation of a sliding operation time of at least one bit of at least one data segment of the sequence of data segments of the second pseudo-random code.
  • the invention relates to a UWB transmitter comprising a calculator configured to implement the steps of the encoding process.
  • the invention relates to a UWB receiver comprising a calculator configured to implement the steps of the decoding process.
  • the invention relates to a system for encoding and decoding at least one data message comprising a UWB transmitter.
  • the invention relates to a system for encoding and decoding at least one data message comprising a UWB transmitter and a plurality of UWB beacons each comprising:
  • ⁇ Fig.1 An example in which a data message includes a header and a set of segments comprising payload data.
  • ⁇ Fig.2 The transmission of data messages from a UWB transmitter device to a receiver device.
  • ⁇ Fig.3 A header and a data segment encoded by two pseudo-random codes of different lengths.
  • ⁇ Fig.4 An example in which a first data message includes the header and a second data message includes several data segments
  • ⁇ Fig.5 An example in which a first data message includes the header and each subsequent data message includes a segment.
  • ⁇ Fig.6 an example in which the header is encoded by a superposition of several Barker sequences.
  • Radio signal means an electromagnetic wave propagating by non-wire means and whose frequencies are between a few kilohertz and up to several hundred gigahertz.
  • a “first MESi data message” means a sequence of bits transmitted by means of a modulated signal transmitted in the UWB (Ultra-Wide Band).
  • Tsync which will for example be used as a reference to calculate one or more autocorrelation peak(s) of the following segments received.
  • - Pseudo-random codes include a set of bits. We designate subsets of bits to refer to a part of these sets. Operations can be applied to these sets or subsets, such as time-sliding operations to move a subset of bits to a different position in a data segment Sn.
  • a position of a bit in a data segment Sn means a temporal position of said data bit.
  • first position in a data segment we are referring to the bit that is read and decoded first by the receiver.
  • this subset of bits starts in the first position in the data segment Sn and will be decoded first by the receiver.
  • the first pseudo-random replacement codes may themselves include pseudo-random replacement codes, which are referred to as “second pseudo-random replacement codes”. This makes it possible to create “layered” codes (one or more bits pseudo-random codes are replaced by other pseudo-random codes). This advantageously makes it possible to artificially create larger codes.
  • pseudo-random replacement codes make it possible, for example, to form the first pseudo-random code PNi and/or one or more second pseudo-random codes PN2.
  • UWB transmitter device which transmits a signal in the direction of a receiver device.
  • UWB transmitter includes for example a radio tag (also called a radio marker).
  • the transmitter is for example positioned on a particular object whose position we wish to determine precisely in a particular environment, for example in a closed warehouse.
  • the UWB transmitter can also be affixed to a moving object passing in sufficient proximity to a receiving device so that the signal emitted by said transmitter is picked up by the receiver.
  • the UWB transmitter can be electrically passive; that is to say, it only works when it is supplied with energy by remote equipment via a wireless link, for example a UHF source.
  • the UWB transmitter can also be electrically active, that is to say it is physically and constantly connected to an energy supply source; for example a battery.
  • the UWB transmitter comprises transmission means for transmitting UWB radio signals towards a receiving device.
  • the transmission means include for example an antenna, a processor, a local oscillator, analog and/or digital filters and a power amplifier.
  • the receiving device comprises receiving means for receiving the radio signals coming from the UWB transmitter.
  • Such means include for example, and without limitation, an antenna, a demodulator, one or more correlators, an analog/digital converter, an amplifier, a processor, a local oscillator. It is in no way excluded that the invention applies to different implementations, since a message is encoded and transmitted from a transmitter device to a receiver device.
  • the invention relates to a method of encoding at least one data message MESi .MESn.
  • MESi data message
  • MESn data message MESn
  • header HEAD a sequence of bits of the first encoded data message MES1 comprising a time reference Tsync.
  • the data messages MESi ... MESn include:
  • MES2 encodes all the useful data (DATA1... DATAn) .
  • each data message encodes a useful data segment (DATA1... DATAn). More generally, a MESi .MESn data message may include all or part of the message to be transmitted and encoded in the HEAD header and the n-segments.
  • At least one data message MESi. MESn is transmitted in an “all or nothing” mode, also referred to in the Anglo-Saxon literature by the term “On-Off Keying” or even “OOK”.
  • the “0”s of the pseudo-random codes PNi and PN2 are not transmitted.
  • At least one data message MESi. MESn is transmitted using a modulation called “BPSK” or “Binary Phase Shift Keying.
  • BPSK Binary Phase Shift Keying
  • the binary information to be transmitted via the MESn data message is conveyed by a reference signal, also designated by the term “carrier” in the scientific literature.
  • the encoding of at least one MESi message. MESn includes the generation of the HEAD header.
  • the transmitted HEAD header bit sequence may include one or more bit sequences, which may be of the same length or of different lengths. It can also include several concatenated sequences of bits of the same length. So-called “stuffing” bits can be integrated into the sequence in the case where the useful data transmitted is not a multiple of the length of a sequence of bits. So-called “parity” and “imperity” bits can also be integrated into the sequence to detect a transmission error at a transmitting device.
  • the HEAD header is transmitted to the receiver upstream of the transmission of a plurality of segments Sn in which it is desired to determine an autocorrelation function.
  • This autocorrelation function is for example determined from a time reference Tsync defined by a time position in the bit sequence of the HEAD header.
  • a particular interest of the HEAD header lies in the generation of a reference time marker, to establish the start of a sequence comprising the useful data to be decoded by the receiver.
  • the HEAD header aims to establish a demarcation between the time reference Tsync and one or more sequences of data bits comprising useful data DATAi ... DATAn.
  • useful data we mean data defining a message, or information to be transmitted within an encoded MESi ... MESn data message. This is for example an identifier of the transmitting device or even location data.
  • Another advantage of the HEAD header is to serve as a reference point for measuring the arrival time of a data message MESi...MESn.
  • the reception, reading and decoding by the receiver of the message encoding the HEAD header result in the generation of the reference time marker Tsync.
  • Such a marker defines a time reference to determine the arrival time at the receiver of one or more data messages MESi ... MESn.
  • the HEAD header is encoded by a first pseudo-random code PNi.
  • PNi pseudo-random code
  • the first pseudo-random code PNi is known to the transmitter device and/or the receiver device.
  • the first pseudo-random code PNi comprises a binary sequence of n-sequence type.
  • PNi comprises a binary sequence of n-sequence type.
  • sequences to encode the HEAD header such as one of the following sequences: a Kasami sequence or even a Hadamard-Walsh sequence.
  • the size of the first pseudorandom code PNi takes any value in number of bits Nb from the following list of values: [2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 , 2 6 , 2 7 , 2 8 , 2 9 , 2 10 , 2 11 , 2 12 ].
  • Nb possible sequence possibilities for the first pseudo-random code PNi.
  • the choice of a particular value among the aforementioned values makes it possible to optimize the arrival time of the first data message MESi at the receiver. This makes it possible to improve the location accuracy of the transmitting device.
  • the first pseudorandom code PNi comprises a Barker code.
  • a “Barker code” or a "Barker sequence” equivalently to refer to a finite sequence of N values. Each value can be either +1 or -1, with an ideal autocorrelation property such that off-peak (non-cyclical) autocorrelation coefficients are as small as possible.
  • Barker sequence three to refer to a Barker sequence of length equal to three bits
  • Barker sequence seven to refer to a Barker sequence of length equal to seven bits
  • a Barker sequence eleven to refer to a Barker sequence of length equal to eleven bits
  • the first pseudo-random code PNi comprises a Barker eleven sequence. This is for example the following sequence: [+1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 ], In alternative embodiments, the first pseudo-random code PNi comprises a sequence of Barker two, three, seven or eleven.
  • the Barker sequence two is for example the following sequence: [+1 -1].
  • the Barker sequence three is for example the following sequence: [+1 +1 -1].
  • the Barker sequence seven is for example the following sequence: [+1 +1 +1 -1 -1 +1 -1].
  • An advantage is to obtain a minimum autocorrelation value from a minimum sequence of data bits.
  • the first pseudo-random code PNi is generated from an initial pseudo-random code.
  • the HEAD header is encoded by several first superimposed pseudo-random codes PNi.
  • PNi pseudo-random codes
  • “superimposed” we mean that at least one bit of a code is replaced by another code.
  • the codes replacing each bit are referred to as “internal” codes.
  • Code in which at least one bit is replaced by another code is referred to as an “external” code.
  • the codes thus superimposed form “layers” of codes.
  • the “internal” and “external” codes are for example identical codes, inverse codes or even different codes, it can also be a combination of these examples. These are, for example, Barker sequences of the same size or of different sizes. For example, a bit with the value “1” of an external code can be replaced by a Barker code of a given length and a bit with the value “-
  • Figure 6 illustrates an example case of this mode in which the HEAD header is encoded by a plurality of superimposed Barker sequences.
  • Barker seven sequences and Barker eleven sequences are Barker seven sequences and Barker eleven sequences.
  • the outer code forming the upper layer is a Barker seven sequence.
  • the example described above is not limiting. It is also possible to use Barker sequences of different sizes for the “internal” and “external” codes forming the HEAD header.
  • the external code can for example comprise a Barker eleven sequence and the two internal codes can for example comprise two Barker eleven sequences.
  • One advantage is to reduce the autocorrelation phenomenon, while limiting the energy consumption of the system and while maintaining good transmitter location accuracy.
  • Another advantage is to achieve higher performance compared to using a standard PN code while using a reduced code size.
  • Another advantage is to implement a delay between header decoding and data decoding. Another advantage is to obtain a signal with good noise resistance. Another advantage is to round the code to an even number of bits. Another advantage is to obtain a low autocorrelation threshold while optimizing the energy consumption of the system. Another advantage is to define a reliable benchmark to decode useful data. Another advantage is to define a time of arrival marker for the localization system. Indeed, a longer code makes it possible to obtain a better signal-to-noise ratio, and improves the estimation of the arrival time. Useful data
  • At least one data message MESi .MESn comprises a data segment Sn.
  • data segment Sn we mean a sequence of data bits. Each data segment Sn is for example positioned following the HEAD header in a data message MESi ... MESn. Each data segment Sn includes for example useful data values DATAi. DATAn.
  • the useful data values DATAi... DATAn include for example information to be transmitted to the receiver, such as identification information of the transmitter. This is for example one or more symbols of an identifier of the transmitter.
  • DATAi .DATAn payload values may also include location data.
  • Each useful data item is for example encoded on a given sequence of bits of a given segment Sn of a second pseudo-random code PN 2 .
  • An autocorrelation function is for example implemented for each segment Sn of the data message MESi .MESn, so as to determine the position and the value of each bit comprising the useful data DATAi ... DATAn.
  • This implementation is particularly advantageous when each segment Sn is encoded by the same second pseudo-random code PN 2 .
  • determining the position of each peak on which the autocorrelations are carried out makes it possible to determine the values of the bits, and therefore to decode all of the useful data transmitted within the first data message MESi.
  • MESn comprise each of the symbols of an identifier of the UWB transmitter.
  • the decoding of all the segments of the MESi data message at the receiver makes it possible to reconstruct an identifier of the transmitting device.
  • the useful data values DATAi... DATAn include information on the position of the transmitter. This is for example made possible when the transmitter includes a communication interface and a memory.
  • the transmitter for example, receives information about its location from a third-party device, such as a GPS system. It may also be a UWB beacon system having reconstructed the position of the transmitter by implementing position calculations by trilateration.
  • the useful data values DATAi. DATAn includes timestamp data. This involves, for example, timestamp data of the instant of transmission of the MESi data message by the transmitter.
  • the transmitter includes, for example, an integrated clock and a memory for storing data.
  • the useful data values DATAi. DATAn are encoded from a predefined time marker relative to the Tsync time reference.
  • the time marker is for example positioned at the level of an autocorrelation peak of the second pseudorandom code PN 2 .
  • the useful data values DATAi. DATAn are encoded by a second pseudo-random code PN2.
  • PN2 pseudo-random code
  • the size of the second pseudorandom code PN2 takes any value in number of bits Nb from the following list of values: [2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 , 2 6 , 2 7 , 2 8 , 2 9 , 2 10 , 2 11 , 2 12 ]. Therefore, there are Nb possible sequences for the second pseudo-random code PN2.
  • the code size chosen for the second pseudo-random code PN2 depends on the size of the first pseudo-random code PN1, which is for example longer, so as to optimize the transmission of data and the detection of the arrival time of a data message MES1...MESn.
  • the code size chosen for the second pseudo-random code PN2 depends on the size of the first pseudo-random code PN1, which is for example longer, so as to optimize the transmission of data and the detection of the arrival time of a data message MES1...MESn.
  • the second pseudo-random code PN2 encoding the useful data DATA1... DATAn comprises a Barker sequence.
  • This is for example a sequence of Barker two, a sequence of Barker three, a sequence of Barker seven or a sequence of Barker eleven.
  • the Barker sequence two is for example the following sequence: [+1 -1].
  • the Barker sequence three is for example the following sequence: [+1 +1 -1].
  • the Barker sequence seven is for example the following sequence: [+1 +1 +1 -1 -1 +1 -1 ].
  • At least one data message MESi...MESn is encoded by a superposition of a plurality of second pseudo-random codes PN2.
  • the codes are “superimposed” by the fact that at least one bit of a code is replaced by another code.
  • the codes replacing each bit are referred to as “internal” codes.
  • Code for which at least one bit is replaced by another code is referred to as an “external” code.
  • the codes thus superimposed form “layers” of codes.
  • the “internal” and “external” codes are for example identical codes, inverse codes or even different codes. It can also be a combination of these examples. These are, for example, Barker sequences of the same size or of different sizes.
  • pseudo-random codes of length 127 bits.
  • it is a superposition of Barker sequences.
  • the data message MESi...MESn is encoded by a superposition of two Barker eleven sequences.
  • the code is extended by 7 bits of value 0, to obtain a final code of 128 bits.
  • At least one data message MESi...MESn is encoded on 30 sequences of 4 data bits.
  • the data message MES1...MESn carries 120 data bits.
  • At least one data message MESi .MESn is encoded by 40 second pseudo-random codes PN2 each comprising a Barker sequence.
  • Each Barker sequence carries for example 4 bits of data.
  • the data message MESi .MESn carries 160 data bits.
  • the data bits carried by at least one data message MESi...MESn include bits of error correction. These error correction bits correspond for example to half of the data bits carried by the data message MESi...MESn.
  • the UWB pulses are for example transmitted by the UWB transmitter every 2 nanoseconds and with a latency of 40 nanoseconds between two pulses, i.e. a rate of 25Mbytes/second.
  • One advantage is implementing significant error correction settings that enable more robust communication between transmitting and receiving equipment under difficult conditions, such as interference-prone communication conditions.
  • the useful data values DATAi ... DATAn are encoded by a second pseudo-random code PN2 shorter than the first pseudo-random code PN1.
  • shorter code is meant that the second pseudo-random code PN2 comprising a number of bits Nb less than the number of bits Nb of the first pseudo-random code PN1.
  • An advantage of using a short pseudo-random code is to reduce the transmission duration at the transmitting device. Therefore, noise is advantageously reduced for the overall system. Indeed, considering a case where the system includes a plurality of transmitters, two messages transmitted at random times by two transmitter devices have a lower probability of being transmitted at the same time if the transmission time of one of the messages is shorter. An advantage is to reduce the risk of interference. Another advantage is to reduce the complexity of the calculations carried out at the level of the correlators of the receiving device, and therefore to reduce the energy consumption of the system. Another advantage is to occupy the radio channel for a shorter period of time.
  • the useful data DATA1... DATAn are encoded with a time delay relative to the time reference Tsync-
  • a time marker T1 is associated with a portion of a data segment Sn comprising the useful data DATA1...DATAn.
  • This time marker corresponds for example to the moment when the useful data DATA1... DATAn begins to be decoded by the receiver.
  • the time reference corresponds to the end instant of decoding of at least part of the useful data DATA1... DATAn.
  • the time marker T1 is for example positioned so as to demarcate the end of a first segment Sn and the start of a second following segment Sn+i. This mode of the invention is not limited to the aforementioned example cases.
  • the time marker Ti can be positioned at any position of a data message MESi...MESn to mark a given portion of said message.
  • the decoding of a data message MESi .MESn by the receiver results in the automatic generation of a plurality of time markers Ti...Tn.
  • a first time marker Ti is generated at the following the decoding of the first segment Si by the receiver
  • a second time marker T2 can be generated following the decoding of the second segment S2 by the receiver, and so on until the decoding of all the segments Sn of the first data message MES1.
  • Each time marker Ti ...T n is for example defined in relation to the time reference Tsync defined following decoding of the HEAD header, or even in relation to a time reference Tn-1 defined following decoding from a previous segment.
  • At least one data message MESi...MESn comprises a plurality of segments Sn which are all encoded by an identical pseudo-random code. This is for example the second pseudo-random code PN2.
  • PN2 the second pseudo-random code
  • an autocorrelation peak is reached when the correlation value exceeds a predetermined threshold.
  • a sufficiently high threshold is for example chosen to avoid detecting a “false” autocorrelation peak.
  • a sufficiently low threshold to avoid missing the autocorrelation peak (for example in the case where the message transmitted by the transmitter is disturbed by interference during its journey to the receiver, and that the maximum correlation value is therefore not reached.)
  • the receiver detects the code received with the highest correlation value at the precise time of message arrival. This correlation value depends in particular on the distance from the HEAD header.
  • Another advantage is to optimize the arrival time of data messages to the receiver.
  • the receiver is used a posteriori to determine a position of the transmitter, for example when the receiver includes a UWB beacon implementing calculations to reconstruct the position of the transmitter device by trilateration with other beacons, better precision on the position of the transmitter is advantageously obtained.
  • the encoding of each segment Sn by the second pseudo-random code PN2 comprises the encoding of at least one symbol by said second pseudo-random code PN2.
  • Each symbol is for example encoded on one bit of each segment Sn.
  • a plurality of symbols is encoded on a plurality of bits of each segment Sn.
  • the useful data values DATAi .DATAn include for example all the symbols of each segment Sn.
  • the encoded symbols define the message to be transmitted to the receiver, and the decoding of the data message makes it possible to decode the bits comprising said symbols which materialize for example an identifier of the transmitter.
  • the generation of a given number of first or second pseudo-random codes PN1, PN2 to encode the data comprises the generation of the inverse codes of each first or second pseudo-random codes PN1, PN2 generated.
  • An advantage is to double the number of possible autocorrelation values.
  • the encoded symbols form a corrective code.
  • This is for example a code from Reed Solomon.
  • Such a code is for example encoded on 8 bits in a data message MESi .MESn.
  • the Reed Solomon code formed is for example a reduced Reed Solomon code RS (28.14).
  • At least one data message MESi...MESn is protected by an error detection code.
  • the error detection code is for example an error detection code by control cyclic redundancy (CRC). This is for example an 8bit CRC error detection code.
  • CRC control cyclic redundancy
  • the error detection code is for example positioned upstream of the data message MESi...MESn.
  • An advantage is being able to detect unintentional data changes in transmitted data messages, for example due to interference or faults of the transmitter or receiver.
  • all MESi...MESn data messages are protected by an error correction code.
  • the error correction code comprises for example a concatenated error correction code, for example a Reed-Solomon code. This is for example a Reed-Solomon code RS (28.14) with a generating polynomial equal to 1 + X 2 + X 3 + X 4 + X 8 .
  • At least one data message MESi...MESn is protected by a plurality of Reed-Solomon codes. These are for example two Reed-Solomon codes RS(15,2) with a generating polynomial equal to X 4 +X+1 on GF(4).
  • An advantage is being able to reconstruct the data message at the receiver following transmission errors.
  • the method includes implementing spectrum spreading.
  • it is a direct sequence spread spectrum, also referred to by the acronym DSSS.
  • DSSS direct sequence spread spectrum
  • FHSS frequency hopping spread spectrum
  • An advantage is to make the transmitted UWB signals more resistant to jamming and interference.
  • Another advantage is to increase the resistance of the signal to fading, also referred to by the term “fading” in the Anglo-Saxon literature.
  • Another advantage is being able to hide the signal by increasing its resemblance to random noise.
  • Another advantage is to make the signal more difficult to intercept.
  • the method includes a punctuation step.
  • the punctuation step includes for example the deletion of one or more parity bits in a sequence of bits of one or more given segment(s). This step is for example implemented after the encoding of a data message MESi...MESn with an error correction code.
  • the first pseudo-random code PNi and/or the second pseudo-random code PN2 comprise a first Barker sequence and at least one data bit of said first Barker sequence is replaced by a second Barker sequence .
  • the first and second Barker sequences are, for example, identical in length. They can also be of different lengths, for example a Barker eleven sequence and a Barker seven sequence.
  • the second pseudo-random code PN2 is generated from an initial pseudo-random code.
  • the first pseudo-random code PN1 and the second pseudo-random code PN2 are generated from the same initial pseudo-random code. In one variant, they are generated from different initial pseudo-random codes.
  • a plurality of second pseudo-random codes PN2 are generated from the same initial pseudo-random code on which successive shifts of at least one data bit are implemented.
  • successive shifts of at least one data bit we mean that the shift of at least one data bit makes it possible to generate a first second pseudo-random code PN2.
  • a shift of at least one data bit on the first second pseudo-random code PN2 makes it possible to generate a second second pseudo-random code PN2. This operation can be repeated as many times as necessary to obtain the desired number of second pseudo-random codes.
  • a plurality of second pseudo-random codes is used to encode the useful data, said second pseudo-random codes being chosen so as to optimize the orthogonalization of the data codes between them.
  • the first pseudo-random code and/or the second pseudo-random code comprise a first sequence of Barker and at least one data bit of said first Barker sequence is replaced by an artificial code comprising a second Barker sequence.
  • At least a second pseudo-random code PN 2 is constructed so as to associate with at least one useful data value DATAi .DATAn, a circular offset of said second pseudo-random code PN2.
  • circular shift we mean a temporal shift of a sequence of data bits. To illustrate this mode, a detailed example of implementation of the invention is described below.
  • the first data message MES1 is encoded and the encoding of said message MES1 includes the generation of the HEAD header.
  • the Tsync time reference is defined on the 1024th bit of the HEAD header, to mark the start of the transmitted message including the useful data (the start of the first segment Si).
  • the encoding of the first data message MES1 includes the generation of 15 Sn segments.
  • Each segment is encoded by the second pseudo-random code PN2 (15 times the same code to encode the 15 segments).
  • There are 256 possible positions for encoding the useful data DATA1 in the first segment Si (due to the 256 possibilities of 1-bit shift for the second pseudo-random code PN2).
  • a symbol is encoded from the 52nd position of the first segment Si, and corresponds to the useful data DATA1.
  • a temporal sliding operation of the data bits of the second pseudo-random code PN2 is implemented, so as to shift the code in the 52nd position (which includes the useful data) to the first position of the first segment Si. In this way, the autocorrelation peak is advantageously shifted to the first position of the first segment Si.
  • the data message MES1 generated by the UWB transmitter is then transmitted to a UWB receiver which will receive, store and decode said data message MES1.
  • a first step upon receiving the MES1 data message is storing and reading the HEAD header. Reading the HEAD header and determining a first function autocorrelation of the first pseudo-random code PNi make it possible to determine the time reference from which the message comprising the useful data DATAi begins.
  • a second step upon receipt of the data message MESi is the reception and storage of the 2 8 possible data codes for the first segment Si.
  • the receiver includes two correlators.
  • the decoding of the useful data DATAi included by the data message MESi corresponds to the calculation of an autocorrelation function by one of the correlators.
  • Several data messages MESi ... MESn are transmitted continuously by the UWB transmitter towards the receiver.
  • the arrival time of a message MESi ... MESn corresponds to the moment when the autocorrelation function is calculated by the correlator decoding said message MESn.
  • a second message MES2 is sent from the UWB transmitter to the receiver.
  • the second correlator stores the second message MES2 while the first message MESi is decoded by the first correlator. In this way, the data messages are advantageously decoded continuously.
  • the first MESi data message when a third MES3 data message is transmitted from the transmitter to the receiver, the first MESi data message will have been decoded and said third MES3 data message can be read and stored by the first correlator while the second data message MES2 is decoded by the second correlator.
  • This process can be implemented on an ongoing basis.
  • the energy consumption of the system is optimized by the continuous implementation of the transmission, reception and decoding stages of all MESn data messages.
  • a header of a different size such as a 256-bit, 512-bit, 2048-bit header, etc.
  • PN2 a circular shift of the data bits of the second pseudo-random code PN2 by more than 1 bit in the context of the invention.
  • the code is 128 bits long and circular shifts of 8 bits are made. In this case, it is possible to perform 16 different circular shifts of data bits.
  • An advantage of such an implementation is to ensure additional temporal security on the detection of autocorrelation peaks in the data segments (Sn), and consequently to ensure not to miss the useful data during the decoding of data messages by the receiver.
  • the receiver can also include a number of correlators different from the number of two correlators described in the example, for example 3, 4, 5, 6 up to 256 correlators depending on the use cases.
  • An advantage of using 256 correlators is to be sure to detect the autocorrelation peak of a given segment of the MES1 data message. Indeed, in the case where the data segment comprises 256 bits and the useful data DATA1 is encoded on a byte of said segment, at least one of the 256 correlators will detect a maximum which corresponds to the autocorrelation peak and therefore to the decoding of the useful data DATA1.
  • Another advantage of implementing 256 correlators is having a second accurate measurement of the arrival time of the first MES1 data message. Indeed, in this case, the arrival time of the data message MES1 corresponds to the duration between the transmission of the first data message MES1 by the UWB transmitter and the determination of the autocorrelation peak by one of the correlators of the UWB receiver.
  • At least a first pseudo-random code PN1 or at least a second pseudo-random code PN2 is formed to starting from the same initial pseudo-random code on which a circular time shift of a given number of bits Nb is implemented.
  • the code is folded on itself in a circular manner following the time shift to generate a code of the same length as the initial code.
  • eight different codes of the same length can be constructed on the basis of the same initial Barker sequence, by implementing eight circular time shifts of different data bits. It is possible to obtain 16 different codes from these eight offsets, by generating the inverse codes of each of the codes obtained. An advantage is to obtain 16 possible correlation values.
  • At least a first or second pseudo-random code PNi, PN2 is formed by a circular time shift of 8 bits from an initial pseudo-random code.
  • Other codes are for example formed from the initial pseudo-random code by a circular time shift of two times 8 bits for the second code, three times 8 bits for the third code and so on until obtaining the number of desired codes.
  • One advantage is to optimize the orthogonalization of data messages between them.
  • An advantage is to allow optimized decoding of data messages which all come from the same initial code.
  • Another advantage is to obtain a minimum autocorrelation value by performing a time shift of a minimum number of data bits.
  • the time reference Tsync used to determine the autocorrelation function of a segment Sn of a data message MES1... MESn corresponds to a time marker of the start of a segment preceding Sn-x.
  • An advantage is to be able to use pseudo-random codes PN1 and PN2 of substantially similar size for the HEAD header and for the different segments Sn of the data message MESi...MESn.
  • the time reference Tsync can change upon reception of each new segment Sn.
  • a HEAD header of reduced size which will for example only be implemented to determine the reference temporal Tsync allowing the autocorrelation function of the first segment Si received to be calculated.
  • the use of a first pseudo-random code PNi of a size similar to the second pseudo-random code PN2 makes it possible to reduce the total size of the transmitted data message. Therefore, the energy consumption of the transmitter and receiver is reduced.
  • the application of the second autocorrelation function comprises the generation of a circular shift of at least one second pseudo-random code in order to generate a plurality of autocorrelation products.
  • the circular shift of the second pseudo-random code is carried out for a 1 data bit.
  • At least one data message MESi .MESn is encoded by an “artificial” code.
  • artificial code we mean a code comprising a number Nb of bits and for which at least one bit of the code corresponds to another data code.
  • the data codes encoded by each bit of the data message MESi .MESn are for example of the same size as the data message MES1 ... MESn. they can also be of different sizes depending on the use cases.
  • At least one bit of a data message MESi...MESn encoded by a second pseudo-random code PN2 comprising a Barker sequence is replaced by an artificial code.
  • an external code includes a Barker sequence
  • the data bits equal to 1 can be replaced by another Barker sequence.
  • the value “1” of the data bit corresponds to the code encoded on 3 bits and the value “0” of the data bit to its inverse code.
  • a so-called “artificial” code is created, which advantageously makes it possible to obtain a good correlation peak of the first transmitted MES1 message.
  • an “artificial” correlation amplifier is advantageously created.
  • the method comprises the generation of an artificial code from a pseudo-random code, said artificial code comprising a first data code comprising a predefined number of bits, at least one of the bits of said artificial code being encoded by another data code or by a code inverse to said data code.
  • the invention relates to a system comprising a UWB EM U transmitter and a UWB RECu receiver.
  • the elements of the system are configured to implement the method of the invention according to any of its embodiments.
  • the EM U transmitter is for example positioned on a particular object whose position we wish to determine precisely in a particular environment, for example a closed warehouse.
  • the EM U transmitter can also be affixed to a moving object passing in sufficient proximity to a receiving device so that the signal emitted by said transmitter is picked up by the receiver.
  • the EM U transmitter is for example electrically passive; that is to say, it only works when it is supplied with energy by remote equipment via a wireless link, for example a UHF source.
  • the EM U transmitter is electrically active, that is to say it is physically and constantly connected to an energy supply source; for example a battery.
  • the EM U transmitter comprises means for transmitting UWB radio signals towards a receiving device.
  • Such means include for example, and without limitation, an antenna, a processor, a local oscillator, analog and/or digital filters or even a power amplifier, etc.
  • the radio signals transmitted by the transmitter EM U include for example a plurality of data messages MESi...MESn.
  • the RECu receiver includes means allowing it to receive radio electrical signals coming from the UWB transmitter.
  • Such means include for example, and without limitation, an antenna, a demodulator, a correiator, an analog/digital converter, an amplifier, a processor, a local oscillator, etc.
  • the receiver RECu comprises for example a processing circuit, comprising one or more processors and storage means (for example example an electronic memory) in which a computer program product is stored, in the form of a set of program code instructions to be executed to implement the different stages of the process for estimating the instant of arrival of a data message MESi ... MESn.
  • the processing circuit comprises one or more programmable logic circuits (FPGA, PLD, etc.), and/or one or more specialized integrated circuits (ASIC), and/or a set of discrete electronic components, etc. , adapted to implement all or part of said steps of the method to decode a data message MESi...MESn.
  • the communication links allowing the transmitter EM U and the receiver RECu to communicate with each other are non-wired communication links.
  • the communication links between the transmitter EM U and the receiver RECu are wired communication links.
  • the receiver RECu comprises at least two correlators.
  • Each correlator is configured to receive and decode the data messages MESi...MESn transmitted by the transmitter EM U.
  • decode is meant the calculation of an autocorrelation function of the pseudo-random codes encoding the transmitted MESi ... MESn data messages.
  • the correlators are configured to alternately store and decode the data messages MESi...MESn transmitted by the transmitter EM U.
  • the data messages MESi...MESn transmitted by the transmitter EMu are of the same size, for example 8 bits.
  • the storage and decoding time of each data message by the correlators is approximately equal. This allows the system to operate continuously.
  • the energy consumption of the system is reduced (since the transmitter does not operate continuously “in a vacuum”). Indeed, the messages transmitted by the transmitter are instantly received and decoded by the receiver. Another advantage is to optimize the use of the radio channel.
  • the invention relates to a system comprising a UWB transmitter configured to implement any one of the steps of the method according to the invention and a plurality of UWB receivers.
  • the plurality of UWB receivers implemented is for example a plurality of UWB beacons.
  • the implementation of a system comprising three beacons advantageously makes it possible to reconstruct the position of the transmitter along two axes x and y (in two directions) by implementing position calculations by trilateration.
  • the implementation of a fourth beacon in the system advantageously makes it possible to reconstruct the position of the transmitter by trilateration with increased precision, by introducing position data of the transmitter along a vertical axis.
  • the EM U transmitter or the RECu receiver include for example a calculation module.
  • This calculation module comprises, for example, one or more processors capable of interpreting instructions in the form of a computer program, a programmable logic circuit, such as an application-specific integrated circuit (ASIC), an array of in situ programmable gates (FPGA ), a programmable logic device (PLD) and programmable logic arrays (PLA), a system on chip (SOC)), an electronic card in which steps of the method according to the invention are implemented in hardware elements.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • FPGA array of in situ programmable gates
  • PLD programmable logic device
  • PLA programmable logic arrays
  • SOC system on chip
  • the processing can be executed by a processor, or simultaneously or sequentially, or according to another method, by one or more processors.
  • the calculation module includes a data processing module for performing calculations and a memory, operationally coupled to the data processing circuit.
  • the EM U transmitter or RECu receiver also includes an input device, an output device and a communication device.
  • Each function is performed by causing the data processing module to read a predetermined program from hardware such as memory such that the data processing module performs calculations, controls communications carried out by the communications device and reads and/or write data to the memory and computer-readable medium.
  • the transmitter EM U comprises for example a processing circuit comprising one or more processors and storage means (for example example an electronic memory) in which a computer program product is stored, in the form of a set of program code instructions to be executed to implement the different steps for encoding a data message MESi ... MESn .
  • the memory is a computer-readable recording medium, and can be configured with, for example, at least one of the following elements: a read-only memory (ROM), an erasable read-only memory and programmable (EPROM, from English Erasable Programmable Read-Only Memory), a programmable and electrically erasable read-only memory (ÉEPROM, from English Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), a random access memory (RAM, from English Random Access Memory) and/or other suitable storage media.
  • ROM read-only memory
  • EPROM erasable read-only memory and programmable
  • EUEPROM programmable and electrically erasable read-only memory
  • RAM random access memory
  • the memory can include an operating system and load the programs according to the invention. It includes registers suitable for recording parameter variables created and modified during the execution of the aforementioned programs.
  • the program product may include a computer-readable recording medium which is a tangible device, not being a transient signal in itself such as, for example, but not limited to a smart card, a flash memory device, a base data, a server, or other suitable storage medium.
  • a computer-readable recording medium which is a tangible device, not being a transient signal in itself such as, for example, but not limited to a smart card, a flash memory device, a base data, a server, or other suitable storage medium.
  • program instructions are taken from an external source and downloaded over a network.
  • the computer program product comprises a computer-readable data carrier on which the program instructions are stored or a data carrier signal on which the program instructions are encoded.
  • the invention also relates to a computer program product comprising the computer readable medium containing instructions which, when executed by the circuit, cause the EMu transmitter to implement the steps of the encoding method of 'at least one data message MESi...MESn of the invention.
  • the form of the program instructions is, for example, a source code form, a computer executable form or any intermediate form between a source code and a computer executable form, such as the form resulting from the conversion of the source code via a interpreter, assembler, compiler, linker or locator.
  • the program instructions are microcode, firmware instructions, state definition data, integrated circuit configuration data (e.g. VHDL) or object code.
  • Program instructions are written in any combination of one or more programming languages, for example, object-oriented programming language (C++, JAVA, Python), procedural programming language (C language for example).
  • the system may include a user interface including an input device and an output device.
  • the user interface includes an input device to allow the user to enter data or commands so as to be able to interact with the programs according to the invention.
  • the output device is designed to return information to a user, sensory or electrical, such as, for example, visually or audibly.
  • the set of at least one communication device allows communication between the elements of the system and possibly between at least one element of the system and a device external to the system.
  • This communication device can establish a physical link between elements of the system and/or between an element of the system and a device external to the system and/or a remote (wireless) communication link between elements of the system and/or between an element of the system and a device external to the system.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Procédé mis en œuvre par ordinateur pour encoder au moins un message de données (MES1... MESn) destiné à être émis par un émetteur UWB à destination d'un récepteur UWB, le procédé comportant : - Génération d'un en-tête (HEAD) encodé par un premier code pseudo-aléatoire (PN1), ledit en-tête (HEAD) définissant une référence temporelle (TSync) après laquelle une séquence de segments de données (Sn) est destinée à être émise; - Génération de la séquence de segments de données (Sn), chaque segment de données (Sn) encodant au moins une valeur de données utiles (DATA1, DATAn) au moyen d'un second code pseudo-aléatoire (PN2) et à partir de : º la référence temporelle (TSync), º une position du segment de données (Sn) dans la séquence; º un pic d'autocorrélation du second code pseudo-aléatoire (PN2).

Description

Description
Titre : PROCEDE D’ENCODAGE ET DE DECODAGE D’UN MESSAGE UWB AU MOYEN D’UNE MODULATION GENERANT UN DECALAGE TEMPOREL DES BITS DE DONNEES
Domaine de l’invention
Le domaine de l’invention concerne le domaine de la transmission d’informations au moyen de signaux radio. En particulier, le domaine de l’invention concerne le domaine de la modulation de signaux UWB. Plus particulièrement, le domaine de l’invention se rapporte au domaine de l’encodage d’informations à transmettre au moyen de signaux UWB.
Etat de l’art
L’acronyme « UWB » (Ultra Wide Band) désigne des signaux radioélectriques à bande ultra large émis par un ou plusieurs dispositifs émetteurs vers un ou plusieurs dispositifs récepteurs, et dont le spectre fréquentiel instantané est supérieur à 500 mégahertz (à -10 dB par rapport à la puissance maximale dudit spectre fréquentiel instantané.) En outre, un signal UWB est relativement peu sensible au phénomène d’atténuation dû aux trajets multiples empruntés par une onde radio. Un signal UWB peut par conséquent fournir de bonnes résolutions spatiales et temporelles.
Il est connu, dans l’art antérieur, de mettre en œuvre des systèmes de localisation d’un ou plusieurs dispositifs émetteurs de signaux radioélectriques, notamment UWB. De tels dispositifs émetteurs peuvent par exemple être matérialisés par des étiquettes radio et émettre des signaux en direction d’un ou plusieurs dispositifs récepteurs, par exemple matérialisés par une ou plusieurs balises. Pour détecter la position de l’émetteur, il est courant d’estimer un temps d’arrivée du signal transmis. Cette estimation du temps d’arrivée est par exemple réalisée par la mise en œuvre d’un corrélateur numérique au niveau du récepteur, qui génère des pics de corrélation en des instants d’échantillonnage du signal reçu. La précision de l’estimation du temps d’arrivée du message est alors corrélée avec la précision de localisation du dispositif émetteur. L’estimation du temps d’arrivée du signal correspond alors à l’instant de détection du premier pic de corrélation dont l’amplitude dépasse un seuil prédéterminé. En raison de sa durée très courte, une impulsion présente des fronts montants et descendants très rapides, ce qui permet de déterminer, au niveau d’un dispositif récepteur du signal UWB, un temps d’arrivée très précis d’une impulsion. Il est en outre possible de distinguer assez nettement le trajet le plus court des autres trajets empruntés par l’onde radio. Tout ceci concourt à optimiser une estimation de la position géographique d’un dispositif émettant un signal UWB à partir de l’instant d’arrivée dudit signal.
Pour estimer le temps d’arrivée d’un message transmis, diverses méthodes sont connues dans l’art antérieur. Par exemple, il est connu de mettre en œuvre une méthode de modulation d’étalement de spectre à séquence directe (mieux connue sous l’acronyme DSSS dans la littérature anglo-saxonne). Dans une telle méthode, un message de données est encodé sous la forme d’une séquence de bits et chaque bit est modulé avec un code pseudo-aléatoire. Le message émis est alors décodé au niveau du récepteur par un échantillonnage du signal reçu et la mise en œuvre de calculs de corrélation à partir du signal reçu et par rapport à un signal de référence. Avec une telle méthode, la précision de l’estimation du temps d’arrivée du message dépend de la fréquence d’échantillonnage du signal reçu : plus cette dernière est élevée, meilleure est l’estimation du temps d’arrivée du message. Toutefois, un inconvénient de cette méthode est que l’augmentation de la fréquence d’échantillonnage pour améliorer l’estimation du temps d’arrivée engendre des coûts importants ; que ce soit d’un point de vue matériel, ou encore d’un point de vue de la consommation énergétique du système. De plus, une telle méthode n’est plus avantageuse lorsque la fréquence de Nyquist est atteinte.
Il est également connu de mettre en œuvre une modulation de type « tout ou rien », également désignée dans la littérature anglo-saxonne par l’appellation « ON OFF Keying ». Dans ce type de modulation, chaque séquence binaire est composée de symboles binaires pouvant prendre deux états : un premier état et un second état. Le second état correspond par exemple à l’état contraire du premier état. A titre d’exemple, le premier état est matérialisé par la valeur « 1 » et le second état est matérialisé par la valeur « - 1 », correspondant respectivement à la présence ou l’absence d’une impulsion. Toutefois, un inconvénient d’une telle modulation provient de la difficulté à détecter le signal en raison d’une énergie spectrale faible. Un objectif de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un procédé d’encodage et de décodage d’un message UWB permettant une localisation plus précise, avec une portée améliorée, et nécessitant une faible consommation d’énergie.
Résumé de l’invention
Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé mis en œuvre par ordinateur pour encoder au moins un message de données destiné à être émis par un émetteur UWB à destination d’un récepteur UWB, le procédé comportant :
• Génération d’un en-tête encodé par un premier code pseudo-aléatoire, ledit en-tête définissant une référence temporelle après laquelle une séquence de segments de données est destinée à être émise ;
* Génération de la séquence de segments de données, chaque segment de données encodant au moins une valeur de données utiles au moyen d’un second code pseudo-aléatoire et à partir de : o la référence temporelle, o une position du segment de données dans la séquence ; o un pic d’autocorrélation du second code pseudo-aléatoire.
Un avantage est d’améliorer la précision de calcul du temps d’arrivée du message de données. Un autre avantage est de réduire la consommation énergétique d’un système de localisation UWB. Un autre avantage est d’améliorer la précision de localisation d’un dispositif émetteur.
Selon un mode de réalisation, chaque segment de données comprend un ensemble de bits, le procédé comprenant une opération de glissement temporel d’un sous-ensemble de bits encodant la valeur de données utiles d’au moins un segment de données de la séquence de segments de données pour positionner ledit sous-ensemble de bits en première position dans le segment de données.
Un avantage est de déplacer la position d’un pic d’autocorrélation du message de données pour améliorer le décodage d’une donnée utile dudit message de données.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la génération du premier code pseudo-aléatoire et/ou du second code pseudo-aléatoire à partir d’un code pseudo-aléatoire initial. Selon un mode de réalisation, la génération du premier code pseudo-aléatoire ou du second code pseudo-aléatoire en remplaçant au moins un bit du code pseudo-aléatoire initial par un code pseudo-aléatoire de remplacement.
Selon un mode de réalisation, chaque bit du premier code pseudoaléatoire de remplacement est remplacé par un deuxième code pseudoaléatoire de remplacement.
Selon un mode de réalisation, le code pseudo-aléatoire initial comprend une première séquence de Barker et le premier code pseudoaléatoire de remplacement comprend une deuxième séquence de Barker.
Selon un mode de réalisation, le deuxième code pseudo-aléatoire de remplacement comprend une troisième séquence de Barker.
Selon un mode de réalisation, la première séquence de Barker, la deuxième séquence de Barker et la troisième séquence de Barker sont une même séquence de Barker. Selon une variante, il s’agit de séquences de Barker différentes. Par exemple, il s’agit de séquences de Barker de taille différentes.
Un avantage est d’encoder les données avec des séquences plus courtes tout en conservant une valeur minimale d’autocorrélation.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la génération d’une pluralité de second codes pseudo-aléatoire à partir du code pseudoaléatoire initial en appliquant successivement des décalages temporels d’un nombre de bits prédéfini au code pseudo-aléatoire initial et dans lequel la génération de l’ensemble de segments est réalisée à partir de la pluralité de seconds codes pseudo-aléatoire.
Un avantage est d’obtenir une valeur minimale d’autocorrélation tout en simplifiant le décodage des données transmises.
Un autre avantage est d’optimiser l’orthogonalité des codes de données entre eux.
Selon un mode de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire présente un nombre de bits plus grand que le nombre de bits du second code pseudo-aléatoire.
Un avantage est d’obtenir une précision plus importante sur une référence temporelle utilisée à postériori pour déterminer le temps d’arrivée et les pics d’autocorrélation des segments d’un message de données. Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé mis en œuvre par ordinateur pour localiser un émetteur comprenant l’encodage du message de données selon le premier aspect de l’invention, le procédé comprenant la réception d’une pluralité de messages de données par une pluralité de balises UWB, chaque balise comprenant une horloge, ladite réception comprenant :
• synchronisation des horloges des balises UWB entre-elles ;
• horodatage, par chaque horloge, de la réception des messages de données;
• calcul de la position de l’émetteur à partir des messages de données reçus par la pluralité de balises UWB ;
Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé mis en œuvre par ordinateur de décodage d’au moins un message de données encodé par le procédé selon le premier aspect de l’invention et émis par un émetteur UWB comprenant :
• Mesure d’un premier signal d’arrivée, démodulation du premier signal d’arrivée et calcul d’une première fonction d’autocorrélation du signal démodulé ;
• Détermination du pic d’autocorrélation de la première fonction d’autocorrélation ;
• Détermination de la référence temporelle à partir dudit pic d’autocorrélation ;
• Mesure d’une pluralité de seconds signaux d’arrivée, démodulation des seconds signaux d’arrivée et, pour chaque second signal d’arrivée, o Calcul d’une seconde fonction d’autocorrélation du second signal démodulé o Détermination d’un pic d’autocorrélation de la seconde fonction d’autocorrélation o Mesure d’un décalage temporel entre la référence temporelle ou le début d’un segment de données et le pic d’autocorrélation ; o Décodage d’une valeur de données utiles en fonction du décalage mesuré
Selon un mode de réalisation, l’application de la seconde fonction d’autocorrélation comprend la mise en œuvre d’une opération de glissement temporel d’au moins un bit d’au moins un segment de données de la séquence de segments de données du second code pseudo-aléatoire.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un émetteur UWB comprenant un calculateur configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé d’encodage.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un récepteur UWB comprenant un calculateur configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé de décodage.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un système d’encodage et de décodage d’au moins un message de données comprenant un émetteur UWB.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un système d’encodage et de décodage d’au moins un message de données comprenant un émetteur UWB et une pluralité de balises UWB comprenant chacune :
• une horloge pour mesurer des données d’horodatage de la réception des messages de données transmis par l’émetteur UWB;
* un calculateur pour : o Synchroniser les horloges de la pluralité de balises UWB entre elles ; o Calculer par trilatération une donnée de position de l’émetteur UWB à l’origine de l’émission du message de données.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :
■ Fig.1 : Un exemple dans lequel un message de données comprend un en-tête et un ensemble de segments comprenant des données utiles.
■ Fig.2 : La transmission de messages de données depuis un dispositif émetteur UWB vers un dispositif récepteur.
■ Fig.3 : Un en-tête et un segment de données encodés par deux codes pseudo-aléatoires de longueurs différentes.
■ Fig.4 : Un exemple dans lequel un premier message de données comprend l’en tête et un second message de données comprend plusieurs segments de données ■ Fig.5 : Un exemple dans lequel un premier message de données comprend l’en-tête et chaque message de données suivant comprend un segment.
■ Fig.6 : un exemple dans lequel l’en tête est encodé par une superposition de plusieurs séquences de Barker.
Description détaillée
Définitions
Dans la suite de la description :
- On désigne par « signal radioélectrique » une onde électromagnétique se propageant par des moyens non-filaires et dont les fréquences sont comprises entre quelques kilohertz, et jusqu’à plusieurs centaines de gigahertz.
- On désigne par un « premier message de données MESi » une séquence de bits transmise au moyen d’un signal modulé émis dans la bande UWB (Ultra-Wide Band).
- Dans la suite de la description, on considère que le temps d’arrivée d’un message de données MESn correspond :
• Soit à la réception et au décodage de l’information comprise par le message de données, par exemple une ou plusieurs donnée(s) utile(s) DATAn encodées dans un ou plusieurs segments,
• Soit à la réception et la génération d’un marqueur temporel de référence Tsync, qui sera par exemple utilisé comme référence pour calculer un ou plusieurs pic(s) d’autocorrélation des segments suivants reçus.
- On désigne des codes « superposés » par le fait qu’au moins un bit d’un code est remplacé par un autre code. Dans ce cas, les codes remplaçant chaque bits sont désignés comme des codes « internes ». Le code pour lequel au moins un bit est remplacé par un autre code est désigné comme un code « externe ». Les codes ainsi superposés forment des « couches » de codes. Les codes « internes » et « externes » sont par exemple des codes identiques, des codes inverses ou encore des codes différents les uns des autres. Il peut également s’agir d’une combinaison de ces exemples. Il s’agit par exemple de séquences de Barker de mêmes longueurs ou de longueurs différentes.
- Les codes pseudos-aléatoires comprennent un ensemble de bits. On désigne des sous-ensembles de bits pour faire référence à une partie de ces ensembles. Des opérations peuvent être appliqués à ces ensembles ou sous-ensembles, telles que des opérations de glissement temporels pour déplacer un sous-ensemble de bits à une position différente dans un segment de donnée Sn.
- On entend par une position d’un bit dans un segment de données Sn une position temporelle dudit bit de données. Par exemple, lorsqu’on fait référence à la première position dans un segment de donnée, on fait référence au bit qui est lu et décodé en premier par le récepteur. Ainsi, lorsqu’on réalise une opération de glissement temporel d’un sous ensemble de bits dans un segment de données pour décaler ce sous ensemble en première position, on entend que ce sous ensemble de bits démarre en première position dans le segment de donnée Sn et sera décodé en premier par le récepteur.
- On désigne un code pseudo-aléatoire initiai pour désigner un code pseudo-aléatoire sur lequel peuvent être appliquées des opérations pour obtenir un code pseudo-aléatoire différent. De telles opérations peuvent par exemple comprendre l’encodage d’un bit, d’un ensemble de bits ou d’un sous ensemble de bits par un ou plusieurs codes pseudo aléatoires identiques ou différents pour produire le premier code pseudo aléatoire PNi ou le second code pseudo aléatoire PN2.
- On désigne un premier code pseudo aléatoire « de remplacement » pour désigner un code pseudo-aléatoire remplaçant un bit de donnée du code pseudo aléatoire initial.
- Dans certains cas, les premiers codes pseudo-aléatoire de remplacement peuvent eux même comprendre des codes pseudo-aléatoires de remplacement, qu’on désigne par le terme « deuxième code pseudo-aléatoire de remplacement ». Cela permet de créer des codes « en couche » (un ou plusieurs bits des codes pseudo aléatoires sont remplacés par d’autres codes pseudo-aléatoire). Cela permet avantageusement de créer artificiellement des codes de plus grande dimension. Ces codes pseudo-aléatoires de remplacement permettent par exemple de former le premier code pseudo-aléatoire PNi et/ou un ou plusieurs seconds codes pseudo-aléatoires PN2.
Dans la suite de la description, on se placera de manière non limitative dans le cas particulier de la géolocalisation d’un dispositif émetteur UWB qui émet un signal en direction d’un dispositif récepteur. Un tel émetteur UWB comprend par exemple une étiquette radio (également appelée radio- marqueur).
L’émetteur est par exemple positionné sur un objet particulier dont on souhaite déterminer avec précision la position dans un environnement particulier, par exemple dans un entrepôt fermé. L’émetteur UWB peut également être apposé sur un objet en mouvement et passant à proximité suffisante d’un dispositif récepteur pour que le signal émis par ledit émetteur soit capté par le récepteur.
L’émetteur UWB peut être électriquement passif ; c’est-à-dire qu’il ne fonctionne que lorsqu’il est alimenté en énergie par un équipement distant par l’intermédiaire d’une liaison sans-fil, par exemple une source UHF. L’émetteur UWB peut également être électriquement actif, c’est-à-dire qu’il est relié physiquement et de manière constante à une source d’alimentation en énergie ; par exemple une batterie.
L’émetteur UWB comprend des moyens d’émission pour émettre des signaux radioélectriques UWB en direction d’un dispositif récepteur. Les moyens d’émission comprennent par exemple une antenne, un processeur, un oscillateur local, des filtres analogiques et/ou numériques et un amplificateur de puissance.
Le dispositif récepteur comprend des moyens de réception pour recevoir les signaux radioélectriques en provenance de l’émetteur UWB. De tels moyens comprennent par exemple, et à titre non limitatif, une antenne, un démodulateur, un ou plusieurs corrélateurs, un convertisseur analogique/numérique, un amplificateur, un processeur, un oscillateur local. Il n’est nullement exclu que l’invention s’applique à des mises en œuvre différentes, dès lors qu’un message est encodé et émis depuis un dispositif émetteur vers un dispositif récepteur.
La suite de la description s’appuie sur divers modes de réalisation de l’invention dans lesquels sont mis en œuvre des codes pseudo-aléatoires comprenant ou non des séquences de Barker.
Différentes variantes de réalisation sont décrites dans chacun de ces modes de réalisation qui peuvent s’appliquer à un ou plusieurs de ces modes de réalisation. Ainsi, les caractéristiques décrites d’un mode de réalisation sont directement applicables à un autre mode de réalisation. L’invention protège ces différentes combinaisons de caractéristiques décrites au travers de l’ensemble des modes de réalisations.
Messages de données
Selon un premier aspect, en référence aux figures 1 , 4 et 5, l’invention se rapporte à un procédé d’encodage d’au moins un message de données MESi .MESn. On désigne par la suite un « second message de données MES2 », un « troisième message de données MES3 », etc. jusqu’à un « n-ième message de données MESn » pour décrire des messages de données émis successivement par l’émetteur UWB.
Dans la suite de la description, on désigne par l’appellation « entête » HEAD une séquence de bits du premier message de données MES1 encodé comprenant une référence temporelle Tsync.
Selon divers exemples, les messages de données MESi ... MESn comprennent :
* Soit l’en-tête HEAD suivi de n-segments de données, chaque segment comprenant une donnée utile DATAn à décoder par un récepteur, comme illustré en figure 1 ;
* Soit l’en-tête HEAD seule, comme illustré en figure 4 ;
* Soit à n-segment(s) de données sans l’en-tête HEAD, comme illustré en figure 4 et 5. Sur la figure 4, le second message de données MES2 encode toutes les données utiles (DATA1... DATAn). Sur la figure 5, chaque message de données encode un segment de données utiles (DATA1... DATAn). D’une manière plus générale, un message de données MESi .MESn peut comprendre toute ou partie du message à transmettre et encodé dans l’en-tête HEAD et les n-segments.
Selon un mode de réalisation, au moins un message de données MESi . MESn est émis selon un mode « tout ou rien », également désigné dans la littérature anglo-saxonne par le terme « On-Off Keying » ou encore « OOK ». Dans ce cas, les « 0 » des codes pseudo-aléatoires PNi et PN2 ne sont pas émis. Un avantage est de réduire la consommation énergétique en émettant uniquement une partie de l’énergie lors de l’émission desdits codes pseudo-aléatoires PN1 et PN2.
Selon un mode de réalisation, au moins un message de données MESi . MESn est émis suivant une modulation dite « BPSK » ou « Binary Phase Shift Keying. Dans ce cas, l’information binaire à transmettre via le message de données MESn est véhiculée par un signal de référence, également désigné par le terme de « porteuse » dans la littérature scientifique.
Génération de l’en tête et premier code pseudo-aléatoire
En référence aux figures 1 , 4 et 5, l’encodage d’au moins un message MESi . MESn comprend la génération de l’en-tête HEAD.
La séquence de bits de l’en-tête HEAD transmise peut comprendre une ou plusieurs séquences de bits, qui peuvent être de même longueur ou de longueurs différentes. Elle peut également comprendre plusieurs séquences de bits de mêmes longueurs concaténées. Des bits dits « de bourrage » peuvent être intégrés à la séquence dans le cas où une donnée utile transmise n’est pas un multiple de la longueur d’une séquence de bits. Des bits dits « de parité » et « d’imparité » peuvent également être intégrés à la séquence pour détecter une erreur de transmission au niveau d’un dispositif émetteur.
L’en-tête HEAD est transmis vers le récepteur en amont de la transmission d’une pluralité de segments Sn dans lesquels on souhaite déterminer une fonction d’autocorrélation. Cette fonction d’autocorrélation est par exemple déterminée à partir d’une référence temporelle Tsync définie par une position temporelle dans la séquence de bits de l’en-tête HEAD.
Un intérêt particulier de l’en-tête HEAD se trouve dans la génération d’un marqueur temporel de référence, pour établir le début d’une séquence comprenant les données utiles à décoder par le récepteur. L’en-tête HEAD vise à établir une démarcation entre la référence temporelle Tsync et une ou plusieurs séquences de bits de données comprenant des données utiles DATAi ... DATAn. On entend par « données utiles » des données définissant un message, ou une information à transmettre au sein d’un message de donnée MESi ... MESn encodé. Il s’agit par exemple d’un identifiant du dispositif émetteur ou encore d’une donnée de localisation.
Un autre intérêt de l’en-tête HEAD est de servir de point de référence pour la mesure du temps d’arrivée d’un message de données MESi...MESn. Selon un exemple, la réception, la lecture et le décodage par le récepteur du message encodant l’en-tête HEAD entraînent la génération du marqueur temporel de référence Tsync. Un tel marqueur définit une référence temporelle pour déterminer le temps d’arrivée au récepteur d’un ou plusieurs messages de données MESi ... MESn.
Selon un mode de réalisation, en référence à la figure 3, l’en-tête HEAD est encodé par un premier code pseudo aléatoire PNi. Dans la suite de la description, on considère que les termes « code pseudo-aléatoire » et « séquence pseudo-aléatoire » sont équivalents et visent à désigner un même code.
Selon un mode de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire PNi est connu du dispositif émetteur et/ou du dispositif récepteur.
Selon un mode de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire PNi comprend une séquence binaire de type n-séquences. Rien n’exclut cependant la mise en œuvre de séquences différentes pour encoder l’en-tête HEAD, telles qu’une séquence parmi les séquences suivantes : une séquence de Kasami ou encore une séquence de Hadamard-Walsh.
Selon un mode de réalisation, la taille du premier code pseudoaléatoire PNi prend une valeur quelconque en nombre de bits Nb parmi la liste de valeurs suivantes : [21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 210, 211, 212]. Dans ce cas, il existe Nb possibilités de séquences possibles pour le premier code pseudo-aléatoire PNi. Avantageusement, le choix d’une valeur particulière parmi les valeurs précitées permet d’optimiser le temps d’arrivée du premier message de données MESi au niveau du récepteur. Cela permet d’améliorer la précision de localisation du dispositif émetteur.
Selon un mode de réalisation préféré, le premier code pseudoaléatoire PNi comprend un code de Barker. On désigne un « code de Barker » ou une « séquence de Barker » de façon équivalente pour faire référence à une séquence finie de N valeurs. Chaque valeur peut être égale soit à +1 , soit à -1 , avec une propriété d’autocorrélation idéale telle que les coefficients d’autocorrélation hors pointe (non cycliques) sont aussi petits que possible.
Pour alléger la lecture, on désigne « une séquence Barker trois » pour faire référence à une séquence de Barker de longueur égale à trois bits, « une séquence Barker sept » pour faire référence à une séquence de Barker de longueur égale à sept bits, « une séquence Barker onze » pour faire référence à une séquence de Barker de longueur égale à onze bits, et ainsi de suite en fonction de la longueur d’une séquence de Barker donnée.
Dans un mode de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire PNi comprend une séquence Barker onze. Il s’agit par exemple de la séquence suivante : [+1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 ], Dans des variantes de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire PNi comprend une séquence de Barker deux, trois, sept ou onze. La séquence de Barker deux est par exemple la séquence suivante : [+1 -1 ]. La séquence de Barker trois est par exemple la séquence suivante : [+1 +1 -1 ]. La séquence de Barker sept est par exemple la séquence suivante : [+1 +1 +1 -1 -1 +1 -1 ].
Un avantage est d’obtenir une valeur minimale d’autocorrélation à partir d’une séquence minimale de bits de données.
Selon un mode de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire PNi est généré à partir d’un code pseudo-aléatoire initial.
En-tête : code en couches/ LBPM
Dans un mode de réalisation, l’en-tête HEAD est encodé par plusieurs premiers codes pseudo-aléatoires PNi superposés. On entend par « superposés » qu’au moins un bit d’un code est remplacé par un autre code. Dans ce cas, les codes remplaçant chaque bits sont désignés comme des codes « internes ». Le code sur lequel au moins un bit est remplacé par un autre code est désigné comme un code « externe ». Les codes ainsi superposés forment des « couches » de codes. Les codes « internes » et « externes » sont par exemple des codes identiques, des codes inverses ou encore des codes différents, il peut également s’agir d’une combinaison de ces exemples. Il s’agit par exemple de séquences de Barker de même taille ou de tailles différentes. Par exemple, un bit de valeur « 1 » d’un code externe peut être remplacé par un code de Barker d’une longueur donnée et un bit de valeur « -
I » peut être remplacé par le code de Barker inverse de ce code de Barker.
La figure 6 illustre un cas d’exemple de ce mode dans lequel l’entête HEAD est encodé par une pluralité de séquences de Barker superposées.
II s’agit de séquences Barker sept et de séquences Barker onze. Le code externe formant la couche supérieure est une séquence Barker sept. Les codes internes formant les couches inférieures sont des séquences Barker onze. Dans ce cas, chaque bit de la séquence Barker sept est remplacé par une séquence Barker onze, et chaque bit des séquences Barker onze est remplacé par une autre séquence Barker onze. Il en résulte un en-tête de taille 7*1 1 *1 1 = 847 bits.
L’exemple décrit ci-dessus n’est pas limitatif. Il est également possible d’utiliser des séquences de Barker de tailles différentes pour les codes « internes » et « externes » formant l’en-tête HEAD. Le code externe peut par exemple comprendre une séquence Barker onze et les deux codes internes peuvent par exemple comprendre deux séquences Barker onze. Dans ce cas, l’en-tête HEAD est de taille 1 1 *1 1 *1 1 = 1331 bits. Il est également possible de former davantage de couches internes, par exemple trois couches internes, quatre couches internes, etc.
Un avantage est de réduire le phénomène d’autocorrélation, tout en limitant la consommation énergétique du système et tout en conservant une bonne précision de localisation de l’émetteur.
Un autre avantage est d’obtenir des performances supérieures par rapport à l’utilisation d’un code PN standard tout en utilisant un code de taille réduite.
Un autre avantage est de mettre en place un délai entre le décodage de l’en-tête et le décodage des données. Un autre avantage est d’obtenir un signal ayant une bonne résistance au bruit. Un autre avantage est d’arrondir le code à un nombre pair de bits. Un autre avantage est d’obtenir un seuil d’autocorrélation bas tout en optimisant la consommation énergétique du système. Un autre avantage est de définir un repère fiable pour décoder les données utiles. Un autre avantage est de définir un repère du temps d’arrivée pour le système de localisation. En effet, un code plus long permet d’obtenir un meilleur ratio signal sur bruit, et améliore l’estimation du temps d’arrivée. Données utiles
Selon un mode de réalisation, au moins un message de données MESi .MESn comprend un segment de données Sn.
On entend par segment de données Sn une séquence de bits de données. Chaque segment de données Sn est par exemple positionné à la suite de l’en-tête HEAD dans un message de données MESi ... MESn. Chaque segment de données Sn comprend par exemple des valeurs de données utiles DATAi . DATAn. Les valeurs de données utile DATAi... DATAn comprennent par exemple des informations à transmettre au récepteur, telles qu’une information d’identification de l’émetteur. Il s’agit par exemple d’un ou plusieurs symboles d’un identifiant de l’émetteur. Les valeurs de données utiles DATAi .DATAn peuvent également comprendre des données de localisation.
Chaque donnée utile est par exemple encodée sur une séquence de bits donnée d’un segment Sn donné d’un second code pseudo-aléatoire PN2. Une fonction d’autocorrélation est par exemple mise en œuvre pour chaque segment Sn du message de données MESi .MESn, de sorte à déterminer la position et la valeur de chaque bit comprenant les données utiles DATAi ... DATAn.
Cette mise en œuvre est particulièrement avantageuse lorsque chaque segment Sn est encodé par un même second code pseudo-aléatoire PN2. Dans ce cas, la détermination de la position de chaque pic sur lesquels sont effectuées les autocorrélations permet de déterminer les valeurs des bits, et donc de décoder l’ensemble des données utiles transmises au sein du premier message de données MESi.
Dans un mode de réalisation, plusieurs segments Sn d’un message de données MESi . MESn comprennent chacun des symboles d’un identifiant de l’émetteur UWB. Dans ce cas, le décodage de l’ensemble des segments du message de données MESi au niveau du récepteur permet de reconstruire un identifiant du dispositif émetteur.
Selon un mode de réalisation, les valeurs de données utiles DATAi... DATAn comprennent une information sur la position de l’émetteur. Cela est par exemple rendu possible lorsque l’émetteur comprend une interface de communication et une mémoire. L’émetteur reçoit par exemple des informations sur sa localisation depuis un dispositif tier, tel qu’un système GPS. Il peut également s’agir d’un système de balises UWB ayant reconstruit la position de l’émetteur en mettant en oeuvre des calculs de position par trilatération.
Selon un mode de réalisation, les valeurs de données utiles DATAi . DATAn comprennent des données d’horodatage. Il s’agit par exemple de données d’horodatage de l’instant d’émission du message de données MESi par l’émetteur. Dans ce cas, l’émetteur comprend par exemple une horloge intégrée et une mémoire pour stocker des données.
Selon un mode de réalisation, les valeurs de données utiles DATAi . DATAn sont encodées à partir d’un marqueur temporel prédéfini par rapport à la référence temporelle Tsync. Le marqueur temporel est par exemple positionné au niveau d’un pic d’autocorrélation du second code pseudoaléatoire PN2.
Données encodées / code en couches / LBPM
Selon un mode de réalisation, les valeurs de données utiles DATAi . DATAn sont encodées par un second code pseudo-aléatoire PN2. Il s’agit par exemple d’une séquence binaire de type n-séquences. Rien n’exclut cependant la mise en œuvre de séquences différentes telle que par exemple une séquence de Kasami ou encore une séquence de Hadamard-Walsh.
Selon un mode de réalisation, la taille du second code pseudoaléatoire PN2 prend une valeur quelconque en nombre de bits Nb parmi la liste de valeurs suivantes : [21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 210, 211, 212]. Dès lors, il existe Nb séquences possibles pour le second code pseudo-aléatoire PN2. Avantageusement, la taille de code choisie pour le second code pseudoaléatoire PN2 dépend de la taille du premier code pseudo-aléatoire PN1, qui est par exemple plus long, de sorte à optimiser la transmission de données et la détection du temps d’arrivée d’un message de données MES1...MESn. Toutefois, rien n’exclut d’utiliser des codes pseudo-aléatoires PN1 et PN2 de même taille dans le cadre de l’invention.
Selon un mode de réalisation, le second code pseudo-aléatoire PN2 encodant les données utiles DATA1... DATAn comprend une séquence de Barker. Il s’agit par exemple d’une séquence de Barker deux, d’une séquence de Barker trois, d’une séquence de Barker sept ou d’une séquence de Barker onze. La séquence de Barker deux est par exemple la séquence suivante : [+1 -1 ]. La séquence de Barker trois est par exemple la séquence suivante : [+1 +1 -1 ]. La séquence de Barker sept est par exemple la séquence suivante : [+1 +1 +1 -1 -1 +1 -1 ]. Rien n’exclut toutefois d’utiliser des séquences de Barker de tailles différentes ou d’agencement différent.
Selon un mode de réalisation, au moins un message de données MESi ... MESn est encodé par une superposition d’une pluralité de seconds codes pseudo-aléatoires PN2. On entend que les codes sont « superposés » par le fait qu’au moins un bit d’un code est remplacé par un autre code. Dans ce cas, les codes remplaçant chaque bits sont désignés comme des codes « internes ». Le code pour lequel au moins un bit est remplacé par un autre code est désigné comme un code « externe ». Les codes ainsi superposés forment des « couches » de codes. Les codes « internes » et « externes » sont par exemple des codes identiques, des codes inverses ou encore des codes différents. Il peut également s’agir d’une combinaison de ces exemples. Il s’agit par exemple de séquences de Barker de même taille ou de tailles différentes.
Il s’agit par exemple de codes pseudo aléatoires de longueur 127 bits. Selon un autre exemple, il s’agit d’une superposition de séquences de Barker. Un avantage est de mettre en place un délai entre le décodage de plusieurs messages de données consécutifs.
Selon un premier exemple illustratif, le message de données MESi ... MESn est encodé par une superposition de deux séquences Barker onze. Dans ce cas, la longueur finale du code de 1 1 x 11 = 121 bits. Le code est étendu de 7 bits de valeur 0, pour obtenir un code final de 128 bits. Un avantage est de mettre en place un délai entre le décodage de plusieurs messages de données consécutifs. Un autre avantage est d’arrondir le code à un nombre pair de bits.
Selon un autre exemple illustratif, au moins un message de données MESi ... MESn est encodé sur 30 séquences de 4 bits de données. Dans ce cas, le message de données MES1 ... MESn porte 120 bits de données.
Selon un autre exemple illustratif, au moins un message de données MESi .MESn est encodé par 40 seconds codes pseudo-aléatoires PN2 comprenant chacun une séquence de Barker. Chaque séquence de Barker porte par exemple 4 bits de données. Dans ce cas, le message de données MESi .MESn porte 160 bits de donnée.
Selon un mode de réalisation, les bits de données portés par au moins un message de données MESi ... MESn comprennent des bits de correction d’erreur. Ces bits de correction d’erreur correspondent par exemple à la moitié des bits de données portés par le message de données MESi ...MESn. Pour chaque message de données MESi ... MESn, les puises UWB sont par exemple émis par l’émetteur UWB toute les 2 nanosecondes et avec une latence de 40 nanosecondes entre deux puises, soit un débit de 25Moctets/seconde. Un avantage est de mettre en œuvre des paramètres de correction d’erreur importants qui permettent une communication plus robuste entre les équipements émetteurs et récepteurs dans des conditions difficiles, telles que des conditions de communication favorisant les interférences.
Selon un mode de réalisation, les valeurs de données utiles DATAi ... DATAn sont encodées par un second code pseudo-aléatoire PN2 plus court que le premier code pseudo-aléatoire PN1. On entend par « code plus court » que le second code pseudo-aléatoire PN2 comprenant un nombre de bits Nb inférieur au nombre de bits Nb du premier code pseudo-aléatoire PN1.
Un avantage d’utiliser un code pseudo-aléatoire court est de réduire la durée d’émission au niveau du dispositif émetteur. Dès lors, le bruit est avantageusement réduit pour le système global. En effet, en considérant un cas où le système comprend une pluralité d’émetteurs, deux messages émis à des instants aléatoires par deux dispositifs émetteurs ont une probabilité plus faible d’être émis en même temps si le temps d’émission d’un des messages est plus court. Un avantage est de réduire les risques d’interférences. Un autre avantage est de réduire la complexité des calculs effectués au niveau des corrélateurs du dispositif récepteur, et donc de réduire la consommation énergétique du système. Un autre avantage est d’occuper le canal radio pendant une durée moins importante.
Selon un mode de réalisation, les données utiles DATA1... DATAn sont encodées avec un retard temporel par rapport à la référence temporelle Tsync-
Selon un mode de réalisation, un marqueur temporel T1 est associé à une portion d’un segment de données Sn comprenant les données utiles DATA1 ... DATAn. Ce marqueur temporel correspond par exemple à l’instant où les données utiles DATA1... DATAn commencent à être décodées par le récepteur. Dans une variante, la référence temporelle correspond à l’instant de fin du décodage d’au moins une partie des données utiles DATA1... DATAn. Dans ce cas, le marqueur temporel T1 est par exemple’ positionné de sorte à démarquer la fin d’un premier segment Sn et le début d’un second segment Sn+i suivant. Ce mode de l’invention ne se limite pas aux cas d’exemple précités. Le marqueur temporel Ti peut être positionné à n’importe quelle position d’un message de données MESi ... MESn pour marquer une portion donnée dudit message.
Selon un mode de réalisation, le décodage d’un message de données MESi .MESn par le récepteur entraîne la génération automatique d’une pluralité de marqueurs temporels Ti...Tn.. Par exemple, un premier marqueur temporel Ti est généré à la suite du décodage du premier segment Si par le récepteur, et un second marqueur temporel T2 peut être généré à la suite du décodage du second segment S2 par le récepteur, et ainsi de suite jusqu’au décodage de l’ensemble des segments Sn du premier message de données MES1. Chaque marqueur temporel Ti ...Tn est par exemple défini par rapport la référence temporelle Tsync définie à la suite du décodage de l’en-tête HEAD, ou encore par rapport à une référence temporelle Tn-1 définie à la suite du décodage d’un segment précédent. Un avantage est de générer un marqueur temporel du temps d’arrivée au récepteur de chaque segment Sn d’un message de données MES1 ... MESn.
Selon un mode de réalisation, au moins un message de données MESi ... MESn comprend une pluralité de segments Sn qui sont tous encodés par un code pseudo-aléatoire identique. Il s’agit par exemple du second code pseudo-aléatoire PN2. L’utilisation d’un même code permet d’obtenir une autocorrélation lors du décodage du message de données MESi .MESn. Un avantage est de réduire le bruit au sein du message de données MES1... MESn.
Un avantage est de s’affranchir du phénomène de « cross- corrélation » qui provoque un bruit cohérent entre les codes lorsque plusieurs codes pseudo-aléatoires différents sont mis en œuvre. Selon un exemple, un pic d’autocorrélation est atteint lorsque la valeur de corrélation dépasse un seuil prédéterminé. Dans ce cas, un seuil suffisamment élevé est par exemple choisi pour éviter de détecter un « faux » pic d’autocorrélation. Dans ce cas, il convient également de choisir un seuil suffisamment bas pour éviter de manquer le pic d’autocorrélation (par exemple dans le cas où le message transmis par l’émetteur est perturbé par des interférences durant son trajet vers le récepteur, et que la valeur maximale de corrélation n’est par conséquent pas atteinte.) Selon un autre exemple, le récepteur détecte le code reçu avec la plus grande valeur de corrélation au moment précis d’arrivée du message. Cette valeur de corrélation dépend notamment de la distance à l’entête HEAD.
Un autre avantage est d’optimiser le temps d’arrivée des messages de données au récepteur. Dans le cas où le récepteur est utilisé a posteriori pour déterminer une position de l’émetteur, par exemple lorsque le récepteur comprend une balise UWB mettant en œuvre des calculs pour reconstruire la position du dispositif émetteur par trilatération avec d’autres balises, une meilleure précision sur la position de l’émetteur est avantageusement obtenue.
Selon un mode de réalisation, l’encodage de chaque segment Sn par le second code pseudo-aléatoire PN2 comprend l’encodage d’au moins un symbole par ledit second code pseudo-aléatoire PN2. Chaque symbole est par exemple encodé sur un bit de chaque segment Sn. Selon un autre exemple, une pluralité de symboles est encodée sur une pluralité de bits de chaque segment Sn. Les valeurs de données utile DATAi .DATAn comprennent par exemple l’ensemble des symboles de chaque segment Sn. Dans ce cas, les symboles encodés définissent le message à transmettre vers le récepteur, et le décodage du message de données permet de décoder les bits comprenant lesdits symboles qui matérialisent par exemple un identifiant de l’émetteur.
Dans un mode de réalisation, la génération d’un nombre donné de premiers ou seconds codes pseudo-aléatoire PN1, PN2 pour encoder les données comprend la génération des codes inverses de chaque premiers ou second codes pseudo-aléatoires PN1, PN2 généré.
Un avantage est de doubler le nombre de valeurs d’autocorrélation possible.
Selon un mode de réalisation, les symboles encodés forment un code correcteur. Il s’agit par exemple d’un code de Reed Solomon. Un tel code est par exemple encodé sur 8 bits dans un message de données MESi .MESn. Toutefois, rien n’exclut qu’un tel code correcteur soit encodé sur un nombre plus ou moins important de bits dans le message de données MES1. Le code de Reed Solomon formé est par exemple un code de Reed Solomon réduit RS (28,14).
Dans un mode de réalisation, au moins un message de données MESi ... MESn est protégé par un code de détection d’erreur. Le code de détection d’erreur est par exemple un code de détection d’erreur par contrôle de redondance cyclique (CRC). Il s’agit par exemple d’un code de détection d’erreur 8bit CRC. Le code de détection d’erreur est par exemple positionné en amont du message de données MESi ... MESn.
Un avantage est de pouvoir détecter des modifications de données involontaires dans les messages de données transmis, par exemple en raison d’interférences ou de défauts de l’émetteur ou du récepteur.
Dans un mode de réalisation, tous les messages de données MESi ... MESn sont protégés par un code de correction d’erreur. Le code de correction d’erreur comprend par exemple d’un code de correction d’erreur concaténé, par exemple un code de Reed-Solomon. Il s’agit par exemple d’un code de Reed-Solomon RS (28,14) avec un polynôme générateur égal à 1 + X2 + X3 + X4 + X8.
Dans un mode de réalisation, au moins un message de données MESi ... MESn est protégé par une pluralité de codes Reed-Solomon. Il s’agit par exemple de deux codes Reed-Solomon RS(15,2) avec un polynôme générateur égal à X4+X+1 sur GF(4).
Un avantage est de pouvoir reconstruire le message de données au niveau du récepteur à la suite d’erreurs de transmission.
Dans un mode de réalisation, le procédé comprend la mise en œuvre d’un étalement de spectre. Selon un exemple, il s’agit d’un étalement de spectre à séquence directe, également désignée par l’acronyme DSSS. Selon un autre exemple, il s’agit d’un étalement de spectre par saut de fréquence, également désigné par l’acronyme FHSS.
Un avantage est de rendre les signaux UWB émis plus résistants aux brouillages et aux interférences.
Un autre avantage est d’augmenter la résistance du signal à l’évanouissement, également désigné par le terme « fading » dans la littérature anglo-saxonne.
Un autre avantage est de pouvoir dissimuler le signal en augmentant sa ressemblance avec un bruit aléatoire.
Un autre avantage est de rendre le signal plus difficile à intercepter.
Un autre avantage est d’utiliser plus efficacement la bande passante, en permettant aux signaux transmis de partager des bandes de fréquence avec d’autres types de signaux transmis. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de ponctuation. L’étape de ponctuation comprend par exemple la suppression d’un ou plusieurs bits de parité dans une séquence de bits d’un ou plusieurs segment(s) donné(s). Cette étape est par exemple mise en œuvre après l’encodage d’un message de données MESi...MESn avec un code de correction d’erreur.
Dans un mode de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire PNi et/ou le second code pseudo-aléatoire PN2 comprennent une première séquence de Barker et au moins un bit de données de ladite première séquence de Barker est remplacé par une deuxième séquence de Barker. Les premières et deuxièmes séquences de Barker sont par exemple de longueur identiques. Elles peuvent également être de longueur différentes, par exemple une séquence Barker onze et une séquence Barker sept.
Selon un mode de réalisation, le second code pseudo-aléatoire PN2 est généré à partir d’un code pseudo-aléatoire initial.
Selon un mode de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire PN1 et le second code pseudo-aléatoire PN2 sont générés à partir d’un même code pseudo-aléatoire initial. Dans une variante, ils sont générés à partir de codes pseudo-aléatoire initiaux différents.
Dans un mode de réalisation, une pluralité de second codes pseudo-aléatoire PN2 sont générés à partir d’un même code pseudo-aléatoire initial sur lequel sont mis en œuvre des décalages successifs d’au moins un bit de données. On entend par « décalages successifs d’au moins un bit de donnée » que le décalage d’au moins un bit de donnée permet de générer un premier second code pseudo aléatoire PN2. Par la suite, un décalage d’au moins un bit de donnée sur le premier second code pseudo aléatoire PN2 permet de générer un second second code pseudo aléatoire PN2. Cette opération peut être répétée autant de fois que nécessaire pour obtenir le nombre de seconds codes pseudo aléatoire souhaité.
Selon un mode de réalisation, une pluralité de seconds codes pseudo-aléatoires est utilisée pour encoder les données utiles, lesdits seconds codes pseudo-aléatoires étant choisis de sorte à optimiser l’orthogonalisation des codes de données entre eux.
Selon un mode de réalisation, le premier code pseudo-aléatoire et/ou le second code pseudo-aléatoire comprennent une première séquence de Barker et au moins un bit de données de ladite première séquence de Barker est remplacé par un code artificiel comprenant une deuxième séquence de Barker.
Encodage avec un décalage circulaire
Selon un mode de réalisation, au moins un second code pseudoaléatoire PN2 est construit de manière à associer à au moins une valeur de donnée utile DATAi .DATAn, un décalage circulaire dudit second code pseudo-aléatoire PN2. On entend par « décalage circulaire » un glissement temporel d’une séquence de bits de données. Pour illustrer ce mode, on décrit ci-dessous un cas d’exemple détaillé de mise en œuvre de l’invention.
On se place dans le cas d’exemple où le second code pseudoaléatoire PN2 a une longueur de Nb = 256 bits, soit 28 possibilités de décalage d’un bit pour ledit second code pseudo-aléatoire PN2. Le premier message de données MES1 est encodé et l’encodage dudit message MES1 comprend la génération de l’en-tête HEAD. L’en-tête HEAD est encodé par le premier code pseudo-aléatoire PN1, qui a dans cet exemple une longueur de Nb = 1024 bits. La référence temporelle Tsync est définie sur le 1024ème bit de l’en-tête HEAD, pour marquer le début du message transmis comprenant les données utiles (le début du premier segment Si). L’encodage du premier message de données MES1 comprend la génération de 15 segments Sn. Chaque segment est encodé par le second code pseudo-aléatoire PN2 (15 fois le même code pour encoder les 15 segments). Il existe 256 positions possibles pour encoder la donnée utile DATA1 dans le premier segment Si (en raison des 256 possibilités de décalage de 1 bit pour le second code pseudo-aléatoire PN2). Un symbole est encodé à partir de la 52ème position du premier segment Si, et correspond à la donnée utile DATA1. Une opération de glissement temporel des bits de données du second code pseudo-aléatoire PN2 est mise en œuvre, de sorte à décaler le code en 52ème position (qui comprend la donnée utile) en première position du premier segment Si. De cette manière, le pic d’autocorrélation est avantageusement décalé en première position du premier segment Si. Le message de données MES1 généré par l’émetteur UWB est ensuite transmis vers un récepteur UWB qui va recevoir, stocker et décoder ledit message de données MES1. Une première étape à la réception du message de données MES1 est le stockage et la lecture de l’en-tête HEAD. La lecture de l’en-tête HEAD et la détermination d’une première fonction d’autocorrélation du premier code pseudo-aléatoire PNi permettent de déterminer la référence temporelle à partir de laquelle commence le message comprenant les données utiles DATAi. Une seconde étape à la réception du message de données MESi est la réception et le stockage des 28 codes de données possibles pour le premier segment Si.
Dans cet exemple, le récepteur comprend deux corrélateurs. Le décodage de la donnée utile DATAi comprise par le message de données MESi correspond au calcul d’une fonction d’autocorrélation par un des corrélateurs. Plusieurs messages de données MESi ... MESn sont transmis en continu par l’émetteur UWB en direction du récepteur. Le temps d’arrivée d’un message MESi ... MESn correspond au moment où la fonction d’autocorrélation est calculée par le corrélateur décodant ledit message MESn. Durant le calcul de la fonction d’autocorrélation du premier message MESi, un second message MES2 est envoyé depuis l’émetteur UWB vers le récepteur. Le second corrélateur stocke le second message MES2 pendant que le premier message MESi est décodé par le premier corrélateur. De cette manière, les messages de données sont avantageusement décodés en continu.
Par exemple, lorsqu’un troisième message de données MES3 est transmis depuis l’émetteur vers le récepteur, le premier message de données MESi aura été décodé et ledit troisième message de données MES3 pourra être lu et stocké par le premier corrélateur pendant que le second message de données MES2 est décodé par le second corrélateur. Ce processus peut être mis en œuvre de manière continue. La consommation énergétique du système est optimisée par la mise en œuvre en continu des étapes de transmission, de réception et de décodage de l’ensemble des messages de données MESn.
Un avantage d’utiliser un même code pseudo-aléatoire PN2 pour encoder les données est que les codes sont de même longueur (dans notre cas d’exemple 256 bits). Ainsi, la recherche de la fonction d’autocorrélation sur les 256 bits du premier segment Si a une durée sensiblement égale au stockage des 256 bits du second segment S2. Dès lors, il est possible d’alterner entre stockage et décodage au niveau des deux corrélateurs et ainsi de stocker et décoder en continu les messages de données MESn émis par l’émetteur UWB. L’exemple précédemment décrit vise à illustrer un exemple de réalisation de l’encodage en mode « circulaire » ; toutefois, il est entendu que l’invention n’est pas limitée à cet exemple. On pourra par exemple utiliser des codes PN de longueurs différentes, tels que des codes PN de 128 bits, 512 bits, etc. ou encore un en-tête de taille différente tel qu’un en-tête de 256 bits, 512 bits, 2048 bits, etc. Par ailleurs, il n’est pas exclu d’effectuer un décalage circulaire des bits de données du second code pseudo-aléatoire PN2 de plus de 1 bit dans le cadre de l’invention. On pourra par exemple effectuer des décalages circulaires de 2 bits ; soit 128 décalages possibles pour un code pseudo-aléatoire d’une longueur de 256 bits. Selon un autre exemple, le code est de longueur de 128 bits et des décalages circulaires de 8 bits sont réalisés. Dans ce cas, il est possible de réaliser 16 décalages circulaires différents de bits de données. Un avantage d’une telle mise en œuvre est d’assurer une sécurité temporelle supplémentaire sur la détection des pics d’autocorrélation dans les segments de données (Sn), et par conséquent de s’assurer de ne pas manquer la donnée utile lors du décodage des messages de données par le récepteur.
Selon différents cas, le récepteur peut également comprendre un nombre de corrélateurs différents du nombre de deux corrélateurs décrit dans l’exemple, par exemple 3, 4, 5, 6 jusqu’à 256 corrélateurs en fonction des cas d’usage.
Un avantage d’utiliser 256 corrélateurs est d’avoir la certitude de détecter le pic d’autocorrélation d’un segment donné du message de données MES1. En effet, dans le cas où le segment de données comprend 256 bits et que la donnée utile DATA1 est encodée sur un octet dudit segment, au moins un des 256 corrélateurs détectera un maximum qui correspond au pic d’autocorrélation et donc au décodage de la donnée utile DATA1. Un autre avantage de la mise en œuvre de 256 corrélateurs est d’avoir une seconde mesure précise du temps d’arrivée du premier message de données MES1. En effet, dans ce cas, le temps d’arrivée du message de données MES1 correspond à la durée entre l’émission du premier message de données MES1 par l’émetteur UWB et la détermination du pic d’autocorrélation par l’un des corrélateurs du récepteur UWB.
Selon un mode de réalisation, au moins un premier code pseudoaléatoire PN1 ou au moins un second code pseudo-aléatoire PN2 est formé à partir d’un même code pseudo-aléatoire initial sur lequel est mis en oeuvre un glissement temporel circulaire d’un nombre de bits Nb donné. Dans ce cas, le code est replié sur lui-même de manière circulaire suite au glissement temporel pour générer un code de même longueur que le code initial. Par exemple, huit codes différents et de même longueur peuvent être construits sur la base d’une même séquence de Barker initiale, par la mise en œuvre de huit décalages temporels circulaires de bits de données différents. Il est possible d’obtenir 16 codes différents à partir de ces huit décalages, en générant les codes inverses de chacun des codes obtenus. Un avantage est d’obtenir 16 valeurs de corrélation possibles.
Dans un mode de réalisation, au moins un premier ou second code pseudo-aléatoire PNi, PN2 est formé par un décalage temporel circulaire de 8 bits à partir d’un code pseudo-aléatoire initial. D’autres codes sont par exemple formés à partir du code pseudo-aléatoire initial par un décalage temporel circulaire de deux fois 8 bits pour le deuxième code, trois fois 8 bits pour le troisième code et ainsi de suite jusqu’à obtenir le nombre de codes souhaités.
Un avantage est d’optimiser l’orthogonalisation des messages de données entre eux.
Un avantage est de permettre un décodage optimisé des messages de données qui sont tous issus d’un même code initial.
Un autre avantage est d’obtenir une valeur minimale d’autocorrélation en effectuant un décalage temporel d’un nombre minimum de bits de données.
Mode différentiel
Selon un mode de réalisation, la référence temporelle Tsync utilisée pour déterminer la fonction d’autocorrélation d’un segment Sn d’un message de données MES1... MESn correspond à un marqueur temporel du début d’un segment précèdent Sn-x.
Un avantage est de pouvoir utiliser des codes pseudo aléatoires PN1 et PN2 de taille sensiblement similaire pour l’en-tête HEAD et pour les différents segments Sn du message de données MESi ... MESn. Dans ce cas, la référence temporelle Tsync peut changer à la réception de chaque nouveau segment Sn. Dès lors, il est possible d’utiliser un en-tête HEAD de taille réduite, qui ne sera par exemple mis en œuvre que pour déterminer la référence temporelle Tsync permetant de calculer la fonction d’autocorrélation du premier segment Si reçu. Avantageusement, l’utilisation d’un premier code pseudoaléatoire PNi de taille similaire au second code pseudo-aléatoire PN2 permet de réduire la taille totale du message de données transmis. Par conséquent, la consommation énergétique de l’émetteur et du récepteur est réduite.
Selon un mode de réalisation, l’application de la seconde fonction d’autocorrélation comprend la génération d’un décalage circulaire du au moins un second code pseudo-aléatoire afin de générer une pluralité de produits d’autocorrélation.
Selon un mode de réalisation, le décalage circulaire du second code pseudo-aléatoire est réalisé pour un 1 bit de données.
Création d’un code artificiel
Selon un mode de réalisation, au moins un message de données MESi .MESn est encodé par un code « artificiel ». On entend par code artificiel un code comprenant un nombre Nb de bits et pour lequel au moins un bit du code correspond à un autre code de données. Les codes de données encodés par chaque bit du message de données MESi .MESn sont par exemple de même taille que le message de données MES1 ... MESn. ils peuvent également être de tailles différentes selon les cas d’usage.
Dans un mode de réalisation, au moins un bit d’un message de données MESi ... MESn encodé par second code pseudo-aléatoire PN2 comprenant une séquence de Barker est remplacé par un code artificiel. Selon un exemple, lorsqu’un code externe comprend une séquence de Barker, les bits de données égaux à 1 peuvent être remplacés par une autre séquence de Barker.
Selon un exemple illustratif, le message de données envoyé est le premier message de données MES1 encodé par un premier code d’une longueur Nb = 3 bits. Chaque bit est associé à un code d’une longueur Nb = 3 bits également, et à son code inverse. Par exemple, la valeur « 1 » du bit de données correspond au code encodé sur 3 bits et la valeur « 0 » du bit de données à son code inverse. Dans ce cas, un code dit « artificiel » est créé, qui permet avantageusement d’obtenir un bon pic de corrélation du premier message MES1 transmis. Dans une telle mise en œuvre, un amplificateur « artificiel » de corrélation est avantageusement créé. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la génération d’un code artificiel à partir d’un code pseudo-aléatoire, ledit code artificiel comprenant un premier code de données comprenant un nombre de bits prédéfini, au moins un des bits dudit code artificiel étant encodé par un autre code de données ou par un code inverse dudit code de données.
Système émetteur UWB/ récepteur UWB
Selon un autre aspect, en référence à la figure 2, l’invention concerne un système comprenant un émetteur UWB EMU et un récepteur UWB RECu. Les éléments du système sont configurés pour mettre en œuvre le procédé de l’invention suivant l’un quelconque de ses modes de réalisation.
L’émetteur EMU est par exemple positionné sur un objet particulier dont on souhaite déterminer avec précision la position dans un environnement particulier, par exemple un entrepôt fermé. L’émetteur EMU peut également être apposé sur un objet en mouvement et passant à proximité suffisante d’un dispositif récepteur pour que le signal émis par ledit émetteur soit capté par le récepteur. L’émetteur EMU est par exemple électriquement passif ; c’est-à-dire qu’il ne fonctionne que lorsqu’il est alimenté en énergie par un équipement distant par l’intermédiaire d’une liaison sans-fil, par exemple une source UHF. Selon une variante, l’émetteur EMU est électriquement actif, c’est-à-dire qu’il est relié physiquement et de manière constante à une source d’alimentation en énergie ; par exemple une batterie.
L’émetteur EMU comprend des moyens pour émettre des signaux radioélectriques UWB en direction d’un dispositif récepteur. De tels moyens comprennent par exemple, et à titre non limitatif, une antenne, un processeur, un oscillateur local, des filtres analogiques et/ou numériques ou encore un amplificateur de puissance, etc. Les signaux radios-électriques émis par l’émetteur EMU comprennent par exemple une pluralité de message de données MESi ... MESn.
Le récepteur RECu comprend des moyens lui permettant de recevoir les signaux radio électriques en provenance de l’émetteur UWB. De tels moyens comprennent par exemple, et à titre non limitatif, une antenne, un démodulateur, un corréiateur, un convertisseur analogique/numérique, un amplificateur, un processeur, un oscillateur local, etc...
Le récepteur RECu comporte par exemple un circuit de traitement, comportant un ou plusieurs processeurs et des moyens de mémorisation (par exemple une mémoire électronique) dans lesquels est mémorisé un produit programme d’ordinateur, sous la forme d’un ensemble d’instructions de code de programme à exécuter pour mettre en œuvre les différentes étapes du procédé d’estimation de l’instant d’arrivée d’un message de données MESi ... MESn. Alternativement ou en complément, le circuit de traitement comporte un ou des circuits logiques programmables (FPGA, PLD, etc.), et/ou un ou des circuits intégrés spécialisés (ASIC), et/ou un ensemble de composants électroniques discrets, etc., adaptés à mettre en œuvre toute ou partie desdites étapes du procédé pour décoder un message de données MESi ... MESn.
Dans un mode préféré, les liens de communication permettant à l’émetteur EMU et au récepteur RECu de communiquer entre eux sont des liens de communication non-filaires. Toutefois, rien n’empêche la mise en œuvre de l’invention dans un mode où les liens de communication entre l’émetteur EMU et le récepteur RECu sont des liens de communication f ilaires.
Selon un mode de réalisation, le récepteur RECu comprend au moins deux corrélateurs. Chaque corrélateur est configuré pour recevoir et décoder les messages de données MESi ... MESn transmis par l’émetteur EMU. On entend par « décoder » le calcul d’une fonction d’autocorrélation des codes pseudo-aléatoires encodant les messages de données MESi ... MESn transmis. Selon un exemple dans lequel le récepteur RECu comprend deux corrélateurs, les corrélateurs sont configurés pour alternativement stocker et décoder les messages de données MESi ... MESn transmis par l’émetteur EMU.
Dans un mode préféré, les messages de données MESi ... MESn transmis par l’émetteur EMu sont de même taille, par exemple 8 bits. Dans ce cas, le temps de stockage et de décodage de chaque message de données par les corrélateurs est sensiblement égal. Cela permet au système de fonctionner en continu. Avantageusement, la consommation énergétique du système est réduite (puisque l’émetteur ne fonctionne pas en continu « dans le vide »). En effet, les messages transmis par l’émetteur sont instantanément reçus et décodés par le récepteur. Un autre avantage est d’optimiser l’utilisation du canal radio.
Système avec une pluralité de récepteurs UWB
Selon un autre aspect, l’invention concerne un système comprenant un émetteur UWB configuré pour mettre en œuvre l’une quelconque des étapes du procédé selon l’invention et une pluralité de récepteurs UWB. La pluralité de récepteurs UWB mise en œuvre est par exemple une pluralité de balises UWB. Les balises UWB sont par exemple au nombre de trois, ou encore au nombre de quatre, en fonction des cas d’usage. Par exemple, la mise en œuvre d’un système comprenant trois balises permet avantageusement de reconstruire la position de l’émetteur suivant deux axes x et y (selon deux directions) par la mise en œuvre de calculs de position par trilatération. La mise en œuvre d’une quatrième balise dans le système permet avantageusement de reconstruire la position de l’émetteur par trilatération avec une précision accrue, en introduisant une donnée de position de l’émetteur suivant un axe vertical.
L’émetteur EMU ou le récepteur RECu comprennent par exemple un module de calcul. Ce module de calcul comprend, par exemple, un ou plusieurs processeur aptes à interpréter des instructions sous forme de programme informatique, un circuit logique programmable, comme un circuit intégré spécifique à une application (ASIC), un réseau de portes programmables in situ (FPGA), un dispositif logique programmable (PLD) et des réseaux logiques programmables (PLA), un système sur puce (SOC)), une carte électronique dans laquelle des étapes du procédé selon l’invention sont implémentées dans des éléments matériels. Le traitement peut être exécuté par un processeur, ou de façon simultanée ou séquentielle, ou selon un autre procédé, par un ou plusieurs processeurs.
Le module de calcul comprend un module de traitement de données pour effectuer des calculs et une mémoire, couplée opérationnellement au circuit traitement de données.
L’émetteur EMU ou le récepteur RECu comprennent également un dispositif d’entrée, un dispositif de sortie et un dispositif de communication.
Chaque fonction est exécutée en amenant le module de traitement de données à lire un programme prédéterminé sur un matériel tel que la mémoire de telle sorte que le module de traitement de données exécute des calculs, commande des communications effectuées par le dispositif de communication et à lire et/ou écrire des données dans la mémoire et le support lisible par ordinateur.
L’émetteur EMU comporte par exemple un circuit de traitement comportant un ou plusieurs processeurs et des moyens de mémorisation (par exemple une mémoire électronique) dans lesquels est mémorisé un produit programme d’ordinateur, sous la forme d’un ensemble d’instructions de code de programme à exécuter pour mettre en œuvre les différentes étapes pour encoder un message de données MESi ... MESn.
La mémoire est un support d'enregistrement lisible par ordinateur, et peut être configurée avec, par exemple, au moins l'un des éléments suivants : une mémoire morte (ROM, de l'anglais Read-Only Memory), une mémoire morte effaçable et programmable (EPROM, de l'anglais Erasable Programmable Read-Only Memory), une mémoire morte programmable et effaçable électriquement (ÉEPROM, de l'anglais Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), une mémoire vive (RAM, de l'anglais Random Access Memory) et/ou un autre support de stockage adéquat. La mémoire peut comporter un système d’exploitation et charger les programmes selon l’invention. Elle comporte des registres adaptés à enregistrer des variables de paramètres créés et modifiés au cours de l’exécution des programmes précités. Le produit programme peut comprendre un support d’enregistrement lisible par ordinateur qui est un dispositif tangible, n’étant pas un signal transitoire en soi comme par exemple, de façon non-limitative une carte à puce, un dispositif à mémoire flash, une base de données, un serveur, ou un autre support de stockage adéquat.
En variante, les instructions du programme sont issues d’une source externe et téléchargées via un réseau. Dans ce cas, le produit programme d'ordinateur comprend un support de données lisible par ordinateur sur lequel sont stockées les instructions de programme ou un signal de support de données sur lequel sont codées les instructions de programme.
L’invention se rapporte également à un produit programme d’ordinateur comprenant le support lisible par ordinateur contenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par le circuit, amènent l’émetteur EMu à mettre en œuvre les étapes du procédé d’encodage d’au moins un message de données MESi ... MESn de l’invention.
La forme des instructions de programme est, par exemple, une forme de code source, une forme exécutable par ordinateur ou toute forme intermédiaire entre un code source et une forme exécutable par ordinateur, telle que la forme résultant de la conversion du code source via un interpréteur, un assembleur, un compilateur, un éditeur de liens ou un localisateur. En variante, les instructions de programme sont un microcode, des instructions firmware, des données de définition d’état, des données de configuration pour circuit intégré (par exemple du VHDL) ou un code objet. Les instructions de programme sont écrites dans n’importe quelle combinaison d’un ou de plusieurs langages de programmation, par exemple un langage de programmation orienté objet (C++, JAVA, Python), un langage de programmation procédural (langage C par exemple).
Le système peut comprendre une interface utilisateur comprenant dispositif d’entrée et un dispositif de sortie. L'interface utilisateur comprend un dispositif d'entrée pour permettre à utilisateur de saisir des données ou des commandes de façon à pouvoir interagir avec les programmes selon l’invention. Le dispositif de sortie est conçu pour restituer des informations à un utilisateur, de façon sensorielle ou électrique, comme, par exemple de façon visuelle ou sonore.
L’ensemble d’au moins un dispositif de communication permet une communication entre les éléments du système et éventuellement entre au moins un élément du système et un dispositif extérieur au système. Ce dispositif de communication peut établir un lien physique entre des éléments du système et/ou entre un élément du système et un dispositif extérieur au système et/ou un lien en communication à distance (sans fil) entre des éléments du système et/ou entre un élément du système et un dispositif extérieur au système.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé mis en œuvre par ordinateur pour encoder au moins un message de données (MESi .MESn) destiné à être émis par un émetteur UWB à destination d’un récepteur UWB, le procédé comportant :
■ Génération d’un en-tête (HEAD) encodé par un premier code pseudo-aléatoire (PNi), ledit en-tête (HEAD) définissant une référence temporelle (Tsync) après laquelle une séquence de segments de données (Sn) est destinée à être émise ;
■ Génération de la séquence de segments de données (Sn), chaque segment de données (Sn) encodant au moins une valeur de données utiles (DATAi, DATAn) au moyen d’un second code pseudo-aléatoire (PN2) et à partir de : o la référence temporelle (Tsync), o une position du segment de données (Sn) dans la séquence ; o un pic d’autocorrélation du second code pseudoaléatoire (PN2).
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel chaque segment de données comprend un ensemble de bits, le procédé comprenant une opération de glissement temporel d’un sous-ensemble de bits, encodant la valeur de données utiles (DATA1... DATAn) d’au moins un segment de données (Sn), de la séquence de segments de données (Sn) pour positionner ledit sous- ensemble de bits en première position dans le segment de données (Sn).
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant la génération du premier code pseudo-aléatoire (PN1) et/ou du second code pseudo-aléatoire (PN2) à partir d’un code pseudo-aléatoire initial.
4. Procédé d’encodage selon la revendication 3, comprenant la génération du premier code pseudo-aléatoire (PN1) ou du second code pseudo-aléatoire (PN2) en remplaçant au moins un bit du code pseudo-aléatoire initial par un code pseudo-aléatoire de remplacement. Procédé d’encodage selon la revendication 4, dans lequel la génération du premier code pseudo-aléatoire (PNi) ou du second code pseudo aléatoire (PN2) comprend le remplacement de chaque bit du premier code pseudoaléatoire de remplacement par un deuxième code pseudo-aléatoire de remplacement. Procédé d’encodage selon l’une quelconque des revendications 4 à 5, dans lequel le code pseudo-aléatoire initial comprend une première séquence de Barker, et dans lequel le premier code pseudo-aléatoire de remplacement comprend une deuxième séquence de Barker. Procédé d’encodage selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, comprenant la génération d’une pluralité de second codes pseudoaléatoire (PN2) à partir du code pseudo-aléatoire initial en appliquant successivement des décalages temporels d’un nombre de bits (Nt>) prédéfini au code pseudo-aléatoire initial et dans lequel la génération de l’ensemble de segments est réalisée à partir de la pluralité de seconds codes pseudo-aléatoire (PN2). Procédé d’encodage selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier code pseudo-aléatoire (PN1) présente un nombre de bits (Nt>) plus grand que le nombre de bits du second code pseudo-aléatoire (PN2). Procédé mis en œuvre par ordinateur pour localiser un émetteur comprenant l’encodage du message de données (MESi . MESn) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le procédé comprenant la réception d’une pluralité de messages de données (MESi ... MESn) par une pluralité de balises UWB, chaque balise comprenant une horloge, ladite réception comprenant :
■ synchronisation des horloges des balises UWB entre-elles ;
■ horodatage, par chaque horloge, de la réception des messages de données (MESi ... MESn); calcul de la position de l’émetteur à partir des messages de données (MESi ... MESn) reçus par la pluralité de balises UWB ;
10. Procédé mis en œuvre par ordinateur de décodage d’au moins un message de données (MESi . MESn) encodé par le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, et émis par un émetteur UWB comprenant :
■ Mesure d’un premier signal d’arrivée, démodulation du premier signal d’arrivée et calcul d’une première fonction d’autocorrélation du signal démodulé ;
■ Détermination d’un premier pic d’autocorrélation de la première fonction d’autocorrélation ;
■ Détermination de la référence temporelle (Tsync) à partir dudit premier pic d’autocorrélation ;
■ Mesure d’une pluralité de seconds signaux d’arrivée, démodulation des seconds signaux d’arrivée et, pour chaque second signal d’arrivée : o Calcul d’une seconde fonction d’autocorrélation du second signal démodulé ; o Détermination d’un deuxième pic d’autocorrélation de la seconde fonction d’autocorrélation ; o Mesure d’un décalage temporel entre la référence temporelle (Tsync) ou le début d’un segment de données (Sn) et le deuxième pic d’autocorrélation,
1 1. Procédé de décodage selon la revendication 10, dans lequel l’application de la seconde fonction d’autocorrélation comprend une opération de glissement temporel d’un sous-ensemble de bits pour générer une pluralité de produits d’autocorrélation.
12. Un émetteur UWB (EMU) comprenant un calculateur configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé d’encodage selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. 13. Un récepteur UWB (RECu) comprenant un calculateur configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé de décodage selon l’une quelconque des revendications 10 à 11 .
14. Système d’encodage et de décodage d’au moins un message de données (MESi . MESn) comprenant un émetteur UWB selon la revendication 12 et un récepteur UWB selon la revendication 13.
15. Système d’encodage et de décodage d’au moins un message de données (MESi . MESn) comprenant un émetteur UWB (EMU) selon la revendication 12 et :
• Une pluralité de balises UWB comprenant chacune : i. Une horloge pour mesurer des données d’horodatage de la réception des messages de données (MESi ... MESn) transmis par l’émetteur UWB (EMU) ; ii. Un calculateur pour :
* Synchroniser les horloges de la pluralité de balises UWB entre elles ;
* Calculer par trilatération une donnée de position de l’émetteur UWB (EMU) à l’origine de l’émission du message de données (MESi ... MESn)
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