FR2821702A1 - Procede et dispositif de reception optimisee - Google Patents

Abstract

Pour recevoir des signaux sous forme de trames comportant un préambule et des données, le préambule comportant au moins deux parties : on effectue une première opération de synchronisation (500), consistant à détecter l'arrivée d'une nouvelle trame à partir de la première partie du préambule; on effectue une opération de correction (502), consistant à corriger des informations contenues dans la seconde partie du préambule de la nouvelle trame; on effectue une tentative de seconde synchronisation (504), par intercorrélation entre les informations corrigées précédemment et un signal prédéterminé; et, selon le résultat de la seconde synchronisation, on effectue ou non une opération de démodulation (506), consistant à démoduler l'ensemble des données contenues dans la trame.

Description

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La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de réception optimisée.

L'invention est décrite ici, à titre d'exemple non limitatif, dans son application à des signaux modulés suivant une modulation de type OFDM (multiplexage à division de fréquences orthogonales, en anglais"Orthogonal Frequency Division Multiplex"), et plus particulièrement, à des signaux émis suivant la norme Hiperlan 2.

Lors de l'émission d'un message à l'aide d'une modulation à division de fréquences orthogonales, les données binaires du message à transmettre sont découpées en blocs de données. Chacun de ces blocs de données est transmis indépendamment et constitue après modulation en bande de base un symbole OFDM.

Dans chacun de ces blocs de données, on groupe aussi les éléments par sous-ensembles, chaque sous-ensemble subissant ensuite un report cartographique sur un ensemble discret de points dans l'espace de Fresnel, chacun de ces points représentant une phase et une amplitude possible. Cette application est bijective.

Ainsi, par exemple, dans un message constitué de la suite suivante {000011100100011110001010100100100...}, on pourra extraire, dans l'ordre de présentation, un bloc de 16 données binaires 0000111001000111 auquel on associe le report cartographique 1+j, 1+j,-1-j, 1-j,-1+j, 1+j,-1+j,-1-j. On a donc un ensemble de 8 éléments complexes d'un vecteur V.

Ces vecteurs sont ensuite multipliés par une matrice de transformée de Fourier discrète inverse rapide M pour obtenir un symbole OFDM constitué d'une suite d'amplitudes complexes. Ce symbole est transmis après d'autres traitements.

Le symbole OFDM est reçu, après son passage dans le canal de transmission, dans un démodulateur, d'où on extraira un vecteur à éléments complexes V'en multipliant les amplitudes constituant ce symbole par une matrice de transformée de Fourier discrète M', telle que M. M'= Id (matrice

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identité). Des décisions au maximum de vraisemblance sur la partie réelle et imaginaire permettent de retrouver la séquence de symboles initiale, puis de restituer les éléments binaires associés.

Pour plus de détails sur cette technique de modulation, on pourra consulter, par exemple, l'ouvrage intitulé "OFDM for Wireless Multimedia Communications"de Richard VAN NEE et Ranjee PRASAD publié chez Artech House.

On trouve, notamment dans les différentes publications ayant servi à élaborer la norme Hiperlan 2, diverses solutions pour effectuer les étapes de synchronisation préalables à la démodulation des symboles OFDM reçus.

Par exemple, le document HL12ERi6A intitulé"Proposa/br a common preamble for Hiperlan 2 and IEEE802. 1" de Nokia et Ericsson (disponible auprès de l'ETSI ("European Telecommunications Standards Institute")) propose la structure de base d'un préambule adapté aux caractéristiques souhaitées du système de transmission.

Cette structure consiste en trois parties A, B, C respectivement proposées comme moyens d'effectuer les opérations suivantes : - partie A : contrôle automatique de gain et synchronisation temporelle grossière ; - partie B : contrôle automatique de gain, synchronisation temporelle fine et estimation du décalage en fréquence ; - partie C : estimation du canal.

Par ailleurs, le document HL 13S0N1A intitulé "HL2 Physical Layer Synchronisation - structure of the preamble" de Sony (également disponible auprès de l'ETSI) propose d'utiliser la partie C du préambule comme moyen d'estimation du canal dans le cas d'une salve de type"Broadcast"et de l'utiliser comme moyen d'estimation du canal et comme moyen de synchronisation temporelle fine et correction du décalage en fréquence dans le cas d'une salve de type"Downiink" (les salves"Broadcast"et"Downlink"sont illustrées sur la figure 1 décrite plus loin).

L'ouvrage intitulé "OFDM for Wireless Multimedia Communications" cité supra décrit également les différents problèmes que doit résoudre un

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récepteur OFDM et propose plusieurs méthodes pour effectuer les opérations de synchronisation en temps et en fréquence.

Lorsque les données reçues sont trop endommagées pour être récupérées correctement, les récepteurs connus effectuent des calculs inutiles, ce qui représente une consommation d'énergie non négligeable ; en particulier, lorsque le récepteur est compris dans un téléphone mobile alimenté par batterie, cette consommation inutile d'énergie est préjudiciable à l'autonomie de fonctionnement du téléphone.

La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités.

Dans ce but, la présente invention propose un procédé de réception de signaux sous forme de trames comportant un préambule et des données, ce préambule comportant au moins deux parties, remarquable en ce qu'il comporte des étapes suivant lesquelles : - on effectue une première opération de synchronisation, consistant à détecter l'arrivée d'une nouvelle trame à partir de la première partie du préambule, - on effectue une opération de correction, consistant à corriger des informations contenues dans la seconde partie du préambule de la nouvelle trame, - on effectue une tentative de seconde synchronisation, par intercorrélation entre les informations corrigées précédemment et un signal prédéterminé, et - selon le résultat de la seconde synchronisation, on effectue ou non une opération de démodulation, consistant à démoduler l'ensemble des données contenues dans la trame.

Ainsi, l'invention permet de fournir un signal destiné à autoriser ou non la démodulation complète d'une salve reçue. En inhibant la fin de la démodulation dans le cas d'un signal trop perturbé pour fournir des données valables, l'invention permet d'économiser l'énergie du récepteur, ce qui est particulièrement utile lorsque, par exemple, celui-ci est situé dans un terminal mobile alimenté par une batterie.

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Selon une caractéristique particulière, lors de la première opération de synchronisation, on détermine en outre l'erreur en fréquence grossière.

Ainsi, comme on le verra plus loin dans la description détaillée, c'est la même fonction d'autocorrélation qui permet à la fois de détecter l'arrivée d'une nouvelle trame et de déterminer l'erreur en fréquence grossière.

Selon une caractéristique particulière, lors de l'opération de correction, on détermine l'erreur en fréquence fine.

Selon une caractéristique particulière, lors de la tentative de seconde synchronisation, on tente d'effectuer une synchronisation temporelle fine.

Selon une caractéristique particulière, le signal prédéterminé est un signal de validation qui commande l'opération de démodulation.

Selon une caractéristique particulière, l'opération de démodulation met en oeuvre une démodulation de type OFDM.

Selon une caractéristique particulière, les signaux sont sous forme de trames conformes à la norme Hiperlan 2, la première partie du préambule étant constituée des séquences A et B et la seconde partie du préambule étant constituée de la séquence C.

Dans le même but que celui indiqué plus haut, la présente invention propose également un dispositif de réception de signaux sous forme de trames comportant un préambule et des données, ce préambule comportant au moins deux parties, remarquable en ce qu'il comporte : - une première unité de synchronisation, pour détecter l'arrivée d'une nouvelle trame à partir de la première partie du préambule, - une unité de correction, pour corriger des informations contenues dans la seconde partie du préambule de la nouvelle trame, - une unité de synchronisation, pour effectuer une tentative de seconde synchronisation par intercorrélation entre les informations corrigées précédemment et un signal prédéterminé, et - une unité de démodulation, pour, selon le résultat de la seconde synchronisation, démoduler ou non l'ensemble des données contenues dans la trame.

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La présente invention vise aussi un appareil de traitement de signaux numériques, comportant des moyens adaptés à mettre en oeuvre un procédé de réception tel que ci-dessus.

La présente invention vise aussi un appareil de traitement de signaux numériques, comportant un dispositif de réception tel que ci-dessus.

La présente invention vise aussi un réseau de télécommunications, comportant des moyens adaptés à mettre en oeuvre un procédé de réception tel que ci-dessus.

La présente invention vise aussi un réseau de télécommunications, comportant un dispositif de réception tel que ci-dessus.

La présente invention vise aussi une station mobile dans un réseau de télécommunications, comportant des moyens adaptés à mettre en oeuvre un procédé de réception tel que ci-dessus.

La présente invention vise aussi une station mobile dans un réseau de télécommunications, comportant un dispositif de réception tel que ci-dessus.

La présente invention vise aussi une station de base dans un réseau de télécommunications, comportant des moyens adaptés à mettre en oeuvre un procédé de réception tel que ci-dessus.

La présente invention vise aussi une station de base dans un réseau de télécommunications, comportant un dispositif de réception tel que ci-dessus.

L'invention vise aussi : - un moyen de stockage d'informations lisible par un ordinateur ou un microprocesseur conservant des instructions d'un programme informatique, permettant la mise en oeuvre d'un procédé de réception tel que ci-dessus, et - un moyen de stockage d'informations amovible, partiellement ou totalement, lisible par un ordinateur ou un microprocesseur conservant des instructions d'un programme informatique, permettant la mise en oeuvre d'un procédé de réception tel que ci-dessus.

L'invention vise aussi un produit programme d'ordinateur comportant des séquences d'instructions pour mettre en oeuvre un procédé de réception tel que ci-dessus.

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Les caractéristiques particulières et les avantages du dispositif de réception, des différents appareils de traitement de signaux numériques, des différents réseaux de télécommunications, des différentes stations mobiles, des différentes stations de base, des différents moyens de stockage et du produit programme d'ordinateur étant similaires à ceux du procédé de réception selon l'invention, ils ne sont pas rappelés ici.

D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : - la figure 1 illustre de façon schématique la structure d'une trame conforme à la norme Hiperlan 2 ; - la figure 2 illustre de façon schématique la structure des préambules des différentes phases d'une trame selon la figure 1 ; - la figure 3 est un organigramme illustrant les principales étapes d'un procédé de réception conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation ; - la figure 4 représente de façon schématique la structure d'un dispositif de réception conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation ; - la figure 5 représente de façon schématique la structure du premier dispositif de synchronisation compris dans un dispositif de réception conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation ; - les figures 6a et 6b illustrent le fonctionnement du premier dispositif de synchronisation de la figure 5 ; - la figure 7 représente de façon schématique un exemple de réalisation des unités de correction de l'erreur en fréquence comprises dans le dispositif de réception de la figure 4 ; - la figure 8 représente de façon schématique la structure du second dispositif de synchronisation compris dans un dispositif de réception conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation ;

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- les figures 9a, 9b et 9c illustrent le fonctionnement du second dispositif de synchronisation de la figure 8 ; - la figure 10 illustre schématiquement la constitution d'une station de réseau ou station de réception informatique adaptée à mettre en oeuvre un procédé de réception conforme à la présente invention ; et - la figure 11 représente sous une forme schématique simplifiée un réseau de télécommunications conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation.

A titre d'illustration, le mode de réalisation préféré est décrit dans le cas d'une transmission de données suivant la norme Hiperlan 2. L'invention est donc appliquée sur les différentes parties du préambule tel que défini dans le document ETSI 101 475 V1. 2.1 intitulé "Broadband Radio Access Network ; HIPERLAN type 2 ; Physical layer'.

La figure 1 représente de façon schématique la structure d'une trame Hiperlan 2 (trame MAC). Elle synthétise les informations contenues dans les documents ETSI TR 101 683 V1. 1.1 et ETSI 101 475 V1. 2.1.

La trame est composée de plusieurs phases, couramment appelées salves (en anglais"bursf) : - la phase de diffusion générale ou salve"Broadcast", située au démarrage de la trame, qui contient des informations destinées à l'ensemble des récepteurs (émission de la station de base vers les mobiles) ; - la salve "Downlink", qui transporte des informations destinées à des récepteurs particuliers (émission de la station de base vers les mobiles) ; - la salve "Direct link", qui permet à des récepteurs d'échanger directement des informations, sans passer par une station de base (émission de mobile vers mobile) ; - la salve"Uplink", qui transporte des informations destinées à la station de base (émission du mobile vers la station de base) ; -la salve"Random access", qui permet à des mobiles qui n'ont pas de canaux affectés dans la salve"Uplink", de communiquer avec la station de base.

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Chacune de ces salves comporte un entête nommé préambule. La figure 2 montre la constitution de ces différents entêtes, qui sont tous basés sur l'utilisation de séquences de données particulières nommées A, RA, B, IB, C.

Le contenu de ces séquences a été déterminé de façon qu'elles présentent des propriétés particulières vis-à-vis de certaines opérations mathématiques. On se reportera utilement à ce sujet à la norme Hiperlan 2 et aux contributions ayant permis l'élaboration de cette norme, ces documents étant disponibles auprès de l'ETSI.

Selon un schéma classique en OFDM, les symboles utiles (nommés ici"données") sont précédés d'un préfixe, composé de la répétition d'un certain nombre d'échantillons du symbole. Dans le cadre de la norme Hiperlan 2, ce préfixe, désigné par CP (en anglais"Cyclic Prefix") est la recopie des 16 derniers échantillons du symbole suivant.

La phase"Broadcast"étant située en tête de la trame, son préambule va avoir pour tâche de réveiller et de synchroniser le récepteur, ce qui conduit à un préambule plus long que pour les autres phases.

Comme on peut le voir sur la figure 2, les séquences C sont présentes dans tous les types de salves et par conséquent, il est possible d'appliquer l'invention, non seulement à la salve"Broadcast", mais également aux autres parties du message.

L'organigramme de la figure 3 illustre un mode particulier de réalisation du procédé de réception conforme à la présente invention.

On suppose qu'on reçoit des signaux sous forme de trames. Ces trames comportent un préambule et des données. Le préambule comporte au moins deux parties. Par exemple, dans le cas d'une trame conforme à la norme Hiperlan 2, on considère un préambule de type"Broadcast"tel que celui illustré sur la figure 2. La première partie du préambule est constituée par les séquences A et B et la seconde partie du préambule est constituée par la séquence C.

Au cours d'une première étape 500, on effectue une première opération de synchronisation, consistant à détecter l'arrivée d'une nouvelle

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trame à partir des séquences A et B, par étude de l'amplitude du signal d'autocorrélation calculé sur les séquences A et B.

Lors de l'étape 500, on estime également l'erreur en fréquence grossière (en anglais"coarse") sur toute la suite de la trame, à partir de la valeur de la phase du signal d'autocorrélation, et on corrige l'erreur en

o fréquence grossière.

La séquence utilisée pour effectuer cette première opération de synchronisation est désignée par la référence 1 sur la salve"Broadcast" illustrée sur la figure 2.

Une réalisation possible correspondant à l'étape 500 est décrite en détail ci-après en relation avec la figure 5.

Puis, au cours d'une étape 502, on effectue une seconde opération de correction, consistant à estimer l'erreur en fréquence fine résiduelle à partir de la phase du signal d'autocorrélation calculé sur les séquences C du préambule"Broadcast", et à corriger l'erreur en fréquence fine (en anglais "fine") sur toute la suite de la trame.

Ensuite, au cours d'une étape 504, on effectue une tentative de seconde synchronisation, par intercorrélation entre les symboles C corrigés et leur valeur théorique attendue. Selon le résultat de cette opération, on engendre ou non un signal de validation indiquant que les données sont de qualité suffisamment bonne pour être démodulées. Si la démodulation finale des données est validée, on engendre également, lors de l'étape 504, de façon connue en soi, une commande de sous-échantillonnage et un signal de fenêtrage (en anglais"windowing") pour la transformation de Fourier rapide (FFT), permettant une démodulation correcte des données
Une réalisation possible correspondant à l'étape 504 est décrite en détail ci-après en relation avec la figure 8.

Si on effectue l'opération de démodulation, lors de l'étape suivante 506, de façon classique, on sous-échantillonne le signal et on le découpe en blocs adaptés à la taille de la FFT.

On suppose qu'on traite des signaux modulés suivant une modulation de type OFDM. Dans ce cas, on sait que les symboles utiles sont

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précédés d'un préfixe composé de la répétition d'un certain nombre d'échantillons du symbole. Dans le cadre de la norme Hiperlan 2, on a vu plus haut que ce préfixe CP est la recopie des 16 derniers échantillons du symbole suivant.

Lors de l'étape de démodulation 506, on supprime ces préfixes CP et on effectue la démodulation OFDM.

Ensuite, il reste à : - estimer le canal par démodulation du symbole C et comparer le signal obtenu au signal théorique émis, - effectuer une correction de canal, - corriger l'erreur de phase commune due au non-asservissement de l'horloge d'échantillonnage du convertisseur analogique 1 numérique situé à l'entrée du récepteur, - extraire les symboles portés par les sous-porteuses, et - extraire des données binaires à partir de ces symboles.

Ces opérations sont décrites plus en détail ci-après.

La figure 4 représente schématiquement l'architecture d'un dispositif de réception conforme à la présente invention.

Dans la description qui suit, on a volontairement omis de décrire de façon détaillée certaines parties du récepteur conforme à l'invention étant donné que celles-ci sont connues en soi et ne sont pas essentielles à la réalisation de l'invention. Cela concerne notamment la partie dite de démodulation finale.

Cependant, pour une plus grande clarté du fonctionnement du récepteur, les éléments illustrant la transformation de Fourier rapide (FFT), l'estimation du canal, l'égalisation de canal, la correction de phase commune, le report cartographique inverse sur la porteuse (en anglais"carrier demapping") et le report cartographique inverse QPSK (en anglais"QPSK demapping") sont néanmoins représentés sur les dessins.

A l'entrée du dispositif de réception illustré sur la figure 4, le signal analogique reçu par l'interface radiofréquence (RF) est envoyé à une unité de conversion analogique/numérique 10 qui échantillonne le signal reçu et le

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convertit en un signal numérique. A titre d'exemple nullement limitatif, on peut choisir une fréquence intermédiaire égale à 25 MHz et un facteur de sur- échantillonnage égal à 4, ce qui conduit à une fréquence d'échantillonnage de 100 MHz.

Le signal numérique est ensuite transmis à une unité 20 de démodulation FI qui ramène le signal OFDM modulé autour de 25 MHz en bande de base, de façon connue en soi.

Le signal en bande de base est ensuite transmis simultanément à une unité 40 de synchronisation grossière en temps et en fréquence et à une unité 30 de correction de l'erreur grossière en fréquence. L'unité 40 de synchronisation grossière déduit de ce signal, d'une part, une information 41 d'arrivée d'un signal à démoduler et d'autre part, une information 42 représentative de l'erreur grossière en fréquence.

Ces deux informations sont transmises à l'unité 30 de correction, qui démarre le processus de démodulation, corrige le signal en bande de base reçu en soustrayant l'erreur grossière en fréquence 42 et fournit le signal corrigé à une unité 50 d'estimation et de correction fine de fréquence.

L'unité 50 corrige l'erreur en fréquence résiduelle, d'une façon décrite plus loin, et transmet le signal totalement corrigé en fréquence à une unité 60 de synchronisation temporelle fine et à une unité 70 de sous-échantillonnage et de fenêtrage.

L'unité 60 de synchronisation fine, dont le fonctionnement est décrit plus loin, fournit, d'une part, une commande 61 de sous-échantillonnage et de fenêtrage pour la FFT permettant une démodulation correcte, vers l'unité 70 de sous-échantillonnage et de fenêtrage et, d'autre part, un signal de validation 65 autorisant la démodulation finale des données.

Le signal de validation 65 commande l'ensemble des unités situées en aval, à savoir : - l'unité 70 de sous-échantillonnage et de fenêtrage, - une unité 80 de transformation de Fourier rapide FFT, - une unité 90 d'estimation de canal, - une unité 100 d'égalisation de canal,

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- une unité 110 de correction de phase commune, - une unité 120 de report cartographique inverse sur la porteuse, et - une unité 130 de report cartographique inverse QPSK.

L'unité 70 de sous-échantillonnage et de fenêtrage effectue une opération de sous-échantillonnage sur le signal reçu en provenance de l'unité 50 d'estimation et de correction fine de fréquence suivant la commande 61 de sous-échantillonnage et de fenêtrage fournie par l'unité 60 de synchronisation fine.

Le signal sous-échantillonné est également découpé en blocs de données adaptés à la taille de la FFT (opération de fenêtrage) dans l'unité 70.

Ces blocs de données sont ensuite transmis à l'unité 80 de transformation de Fourier rapide, qui effectue la démodulation à proprement parler. Après démodulation, la partie de ces blocs de données qui correspond à l'émission de séquences fixes parfaitement connues (séquences C du préambule) est parallèlement envoyée à l'unité 90 d'estimation de canal, qui la compare aux séquences théoriques émises et en déduit la perturbation due au canal.

Un signal de perturbation 91 est envoyé par l'unité 90 d'estimation de canal à l'unité 100 d'égalisation de canal, qui applique la correction nécessaire sur les signaux démodulés issus de l'unité 80 de transformation de Fourier rapide, que l'unité 100 reçoit sur une autre entrée.

Une fois que les signaux démodulés ont reçu cette correction dite"de canal", ils sont transmis à l'unité 110 de correction de phase commune, qui effectue une rotation des points reçus de façon à compenser l'erreur d'échantillonnage à l'entrée du récepteur.

Les signaux corrigés sont ensuite transmis à l'unité 120 de report cartographique inverse sur la porteuse, qui effectue une opération de désentrelacement des sous-porteuses et fournit en sortie les signaux complexes tels qu'ils étaient ordonnés à l'entrée du modulateur OFDM.

Ces signaux sont ensuite transmis à l'unité 130 de report cartographique inverse QPSK, qui effectue une opération de report

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cartographique inverse de celle utilisée à l'émetteur de façon à restituer les signaux binaires tels qu'ils étaient ordonnés à l'entrée de l'émetteur OFDM.

Ainsi, l'invention prévoit une double synchronisation, l'unité 40 de synchronisation grossière en temps et en fréquence constituant un premier dispositif de synchronisation et l'unité 60 de synchronisation fine constituant un second dispositif de synchronisation.

La figure 5 illustre un exemple de réalisation du premier dispositif de synchronisation, utilisant une fonction d'autocorrélation pour déterminer l'arrivée d'un signal du type voulu et donc, déclencher le "réveil" du récepteur.

Dans cet exemple, la fonction d'autocorrélation est réalisée de la façon suivante :
Le signal complexe d'entrée 200 est simultanément envoyé à une unité 210 d'introduction de retard, qui retarde le signal 200 d'un certain nombre d'échantillons, noté D, et à un multiplieur 230. La sortie de l'unité 210 d'introduction de retard est ensuite transmise à une unité 220 de conjugaison qui transforme les nombres complexes reçus en leurs complexes conjugués.

La sortie de l'unité 220 de conjugaison est transmise à la deuxième entrée du multiplieur 230. La sortie du multiplieur 230 est envoyée à une première unité de moyennage 240 qui calcule la moyenne du signal reçu sur les MD derniers points.

Par ailleurs, le signal complexe d'entrée 200 est également envoyé à une unité 260 de calcul de module qui calcule le module du nombre complexe reçu. Ce module est envoyé à une seconde unité de moyennage 270 qui effectue la même opération que la première unité de moyennage 240. La seconde unité de moyennage 270 fournit en sortie un signal de normalisation 271.

Le signal de sortie de la première unité de moyennage 240, noté x (i) sur la figure 5, est envoyé sur une première entrée d'un diviseur 250, la seconde entrée y (i) du diviseur recevant le signal de normalisation 271 issu de la seconde unité de moyennage 270.

La sortie du diviseur 250 est un nombre complexe qui constitue la sortie de l'opérateur d'autocorrélation.

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L'amplitude de ce nombre est transmise à une unité de seuillage 300, qui effectue une opération de seuillage et transmet les données supérieures à un seuil prédéterminé à une unité 310 de détection de maximum, qui applique à ces données un algorithme de détection de maximum.

L'unité 310 de détection de maximum produit le signal 41 de démarrage du processus de démodulation.

La phase du nombre complexe issu de l'opérateur d'autocorrélation est transmise à une unité 320 qui en extrait la valeur de l'erreur grossière en fréquence et la délivre sous forme du signal 42.

Les figures 6a et 6b illustrent le fonctionnement du premier dispositif de synchronisation de la figure 5.

Le graphique en haut de la figure 6a représente l'amplitude du signal d'autocorrélation calculé et la correspondance des pics obtenus avec la séquence de données reçues (bas de la figure 6a).

Lors de la réception d'un signal de type Hiperlan 2, deux pics apparaissent clairement lorsque la fenêtre de corrélation, définie par la valeur du retard D et la taille de la fenêtre de moyennage MD (les paramètres D et MD ayant été définis plus haut en relation avec la figure 5), est située sur les séquences reçues"RA-A-RA"ou"B-B-B". La fenêtre de corrélation est matérialisée sur le dessin par des hachures.

Le signal d'autocorrélation étant normalisé (c'est-à-dire que son amplitude maximale est de 1), on applique à ce signal un seuillage (voir unité de seuillage 300 sur la figure 5), par exemple à la valeur seuil de 0,8 puis un algorithme de détection de maximum (voir unité 310 de détection de maximum sur la figure 5) qui permet de détecter les pics.

Dans le mode particulier de réalisation décrit ici, on utilise le signal de détection du premier pic pour déterminer l'arrivée d'une nouvelle trame à démoduler ainsi que pour indiquer sa position temporelle approximative (signal 41 sur les figures 4 et 5).

Dans ce mode de réalisation, la longueur des séquences A, RA, B et IB est de 64 points, le retard D est de 64 points et la taille de la fenêtre de moyennage MD est de 192 points.

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La figure 6b illustre la correspondance entre les valeurs de l'amplitude (terme anglais "magnitude" porté en ordonnée du graphique du haut de la figure 6b, l'abscisse représentant les échantillons, ou "samples" en anglais) et de la phase du signal d'autocorrélation (illustrée sur le graphique du bas de la figure 6b).

Une des particularités importantes des séquences A, RA, B et IB choisies est que, lorsque le signal d'autocorrélation décrit ci-dessus est calculé, la valeur de sa phase au moment de l'apparition des pics sur son amplitude est significative de l'erreur en fréquence résultant de la démodulation FI (unité 20 sur la figure 4).

On voit sur la figure 6b que l'erreur est centrée autour de 180 degrés en face du premier pic d'amplitude et est centrée autour de 0 en face du second pic d'amplitude. En utilisant le signal engendré précédemment pour mémoriser cette valeur d'erreur, on a donc l'information nécessaire pour faire la correction de l'erreur grossière en fréquence, grâce à l'unité 30 de la figure 4.

Dans le mode particulier de réalisation décrit ici, on utilise le premier pic et, pour améliorer le fonctionnement du système et sa sensibilité à une éventuelle erreur de détection, la valeur de l'erreur de fréquence est moyennée sur 20 points avant d'être transmise à l'unité 30 de correction (signal 42 sur les figures 4 et 5).

La figure 7 représente un exemple de réalisation des unités de correction de l'erreur en fréquence 30 et 50 de la figure 4.

L'unité 30 applique la correction de l'erreur grossière en fréquence calculée par le premier dispositif de synchronisation. L'unité 50 détermine l'erreur en fréquence résiduelle et la corrige.

Le signal d'entrée (issu du démodulateur FI 20) est transmis à la première entrée d'un multiplieur 410.

Le signal d'erreur en fréquence 42 fourni par l'unité 40 de synchronisation grossière en temps et en fréquence alimente une unité 420 qui le transforme en un nombre complexe par l'opération cor = exp (-jk < p), (p étant l'erreur en fréquence normalisée et k l'indice de l'échantillon à corriger. Le

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signal cor est ensuite envoyé sur la deuxième entrée du multiplieur 410, qui effectue une première correction.

Les éléments 42,410 et 420 forment l'unité 30 de correction de l'erreur en fréquence grossière.

Le signal issu du multiplieur 410 alimente simultanément une unité 430 d'estimation de l'erreur en fréquence fine et la première entrée d'un second multiplieur 450. La sortie a de l'unité 430 alimente une unité 440 qui la transforme en un nombre complexe par l'opération cor = exp (-jka), a étant l'erreur en fréquence normalisée et k l'indice de l'échantillon à corriger. Ce nombre est ensuite envoyé sur la deuxième entrée du multiplieur 450, qui effectue la correction de phase fine.

L'unité 430 réalise la fonction d'estimation fine de l'erreur en fréquence et les unités 440 et 450 réalisent la fonction de correction fine de l'erreur en fréquence. Les éléments 430,440 et 450 forment donc l'unité 50 d'estimation et de correction fine de fréquence.

Le signal issu du multiplieur 450 est un signal corrigé en fréquence.

Le fonctionnement des unités 30 et 50 est le suivant. Dans les deux cas, une fois l'erreur déterminée, la correction est réalisée en multipliant le signal par exp (-jkp), p étant l'erreur en phase normalisée et k l'indice de l'échantillon à corriger.

Le calcul de l'erreur en fréquence fine (unité 430) est réalisé de la même façon que celui de l'erreur de fréquence grossière (unité 350 de la figure 5), mais en appliquant la fonction d'autocorrélation décrite précédemment aux séquences C du préambule. Plus ces séquences sont longues, plus on peut améliorer la précision. Les paramètres utilisés pour cette fonction d'autocorrélation sont par exemple un retard D de 256 points et une fenêtre de moyennage MD de 384 points.

On peut, de la même façon que précédemment, extraire la valeur de l'erreur en mesurant la phase à l'instant du pic d'amplitude du signal d'autocorrélation calculé sur les séquences C, ou bien mesurer la phase à un instant t1 en prenant comme référence de temps le pic détecté sur le signal

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d'autocorrélation calculé sur les séquences A et B. L'écart théorique entre ces deux pics étant connu, il suffit d'appliquer un retard au signal 41.

De même que précédemment, pour améliorer le fonctionnement du système et sa sensibilité à une éventuelle erreur de positionnement, la valeur de l'erreur en fréquence est moyennée sur 20 points avant d'être transmise à la partie correction.

La figure 8 représente un exemple de réalisation du second dispositif de synchronisation, c'est-à-dire l'unité 60 de synchronisation temporelle fine, utilisant une fonction d'intercorrélation pour déterminer précisément l'instant d'arrivée d'un signal connu et donc, faire une synchronisation temporelle fine du système.

Dans le mode particulier de réalisation décrit ici, la fonction d'intercorrélation, réalisée par l'unité 501 illustrée sur la figure 8, est appliquée aux séquences C du préambule Hiperlan 2. La valeur théorique de ces séquences est envoyée sur une entrée de l'unité 501, par exemple par lecture d'un tableau 520 contenant la valeur des échantillons des séquences C dans le domaine temporel.

Le signal d'entrée du second dispositif de synchronisation, c'est-àdire le signal reçu corrigé en fréquence, passe dans une unité 510 de sous- échantillonnage avant d'attaquer la deuxième entrée de l'unité d'intercorrélation 501, qui est l'entrée d'un multiplieur 540.

La sortie du tableau 520 passe dans une unité 530 de conjugaison qui transforme les nombres complexes en leurs conjugués avant de les transférer sur la deuxième entrée du multiplieur 540. La sortie du multiplieur 540 est envoyée simultanément à une première unité de moyennage 560 qui moyenne le signal reçu sur les 64 derniers points et à une première unité de calcul de module 550 qui calcule le module du nombre complexe reçu et le transfère à une seconde unité de moyennage 570, qui moyenne également le signal reçu sur les 64 derniers points.

La sortie de la première unité de moyennage 560 est envoyée sur une première entrée x (i) d'un diviseur 580, la seconde entrée y (i) du diviseur

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580 recevant un signal de normalisation 571 issu de la seconde unité de moyennage 570.

La sortie du diviseur 580 est un nombre complexe qui constitue la sortie de l'unité d'intercorrélation 501.

Une seconde unité de calcul de module 590 extrait ensuite le module de ce signal et le transfère à une unité de seuillage 600, qui effectue une opération de seuillage avant de transférer le signal à une unité 610 de détection de maximum, qui effectue la recherche du maximum de ce signal et fournit en sortie le signal 61 de commande de l'unité 70 de sous-échantillonnage et de fenêtrage (voir figure 4) et le signal de validation 65 destiné aux unités impliquées dans la démodulation finale des symboles utiles.

Le fonctionnement du second dispositif de synchronisation est le suivant.

Dans la norme Hiperlan 2, deux symboles C de 64 échantillons chacun sont émis à la suite des séquences A et B.

Le second dispositif de synchronisation utilise ces symboles C pour effectuer la synchronisation temporelle fine et confirmer la validité des données reçues et donc, commander leur démodulation.

A l'entrée de ce dispositif, le signal à traiter est encore sur- échantillonné ; il faut donc effectuer une opération de sous-échantillonnage avant de pouvoir effectuer l'intercorrélation. En pratique, cette fonction d'intercorrélation est couplée à une fonction de sous-échantillonnage par un facteur 4 et la fonction mathématique réalisée est la suivante :

où cross-sorrel désigne la valeur de la fonction d'intercorré ! ation, receivedC désigne la séquence C reçue et theoretical désigne la séquence C théorique.

Le signal 591, résultat de cette opération, est illustré sur la figure 9a : deux pics apparaissent à la fin des séquences C reçues.

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La fonction d'intercorrélation étant normalisée, il est possible de détecter facilement ces pics, par exemple, comme décrit ci-dessus, par application d'un seuillage puis d'un algorithme de détection de maximum, pour déterminer la phase de sous-échantillonnage optimale ainsi que la position précise du premier symbole utile qui devra être démodulé.

Les figures 9a, 9b et 9c illustrent le fonctionnement du second dispositif de synchronisation de la figure 8.

Le graphique en haut de la figure 9a représente l'amplitude du signal d'intercorrélation lors de la réception d'un signal incluant les séquences C ; les flèches verticales illustrent la correspondance des pics obtenus avec la séquence de données reçues.

Lors de la réception d'un signal de type Hiperlan 2, deux pics apparaissent clairement lorsque la fenêtre de corrélation (de taille égale à 64 points dans l'exemple décrit ici) est située sur les séquences reçues C.

Grâce au choix de la taille et du contenu des séquences sur lesquelles porte cette opération, les pics engendrés sont nettement plus marqués que ceux engendrés dans le premier dispositif de synchronisation et, par conséquent, la précision temporelle ainsi que la fiabilité de la décision de démoduler les données sont meilleures.

La figure 9b montre un exemple de génération du signal de validation 65 basé sur la détection du premier pic. Dans l'exemple non limitatif décrit ici, un algorithme de détection de maximum est appliqué à l'amplitude du signal issu de l'intercorrélation dès que celui-ci dépasse un seuil de 0,6. Le pic détecté étant le premier, on applique alors un retard de 256 points (longueur du symbole C sur-échantillonné) avant d'activer le signal de validation, qui est ainsi en phase avec le début du premier symbole utile reçu.

La figure 9c illustre la génération de la commande 61 de sous- échantillonnage et de fenêtrage pour la FFT.

La courbe en haut de la figure 9c représente l'intercorrélation du préambule C.

La courbe en dessous de l'intercorrélation représente les échantillons corrigés en fréquence.

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Dans l'exemple non limitatif décrit ici, la commande 61 de sous- échantillonnage et de fenêtrage est constituée par une série d'impulsions de largeur 1 point séparées de 3 points de façon à effectuer le sous- échantillonnage par 4 du signal à démoduler. Cette série d'impulsions est représentée en bas de la figure 9c. Ce sous-échantillonnage ramène ainsi la taille des symboles OFDM de 256 points à 64 points.

Ainsi, il résulte de la description qui précède que, avant l'arrivée d'une nouvelle trame, le récepteur conforme à la présente invention, illustré sur la figure 4, est en position d'attente : seules, l'unité 10 de conversion analogique/numérique, l'unité 20 de démodulation FI et l'unité 40 de synchronisation grossière en temps et en fréquence sont activées. Le premier dispositif de synchronisation est alors actif.

Puis, dès que l'unité 40 détecte l'arrivée d'une nouvelle trame, comme décrit en relation avec les figures 5 et 6, le récepteur passe dans une deuxième phase, dans laquelle, par validation du signal 41 de démarrage du processus de démodulation, l'unité 30 de correction de l'erreur grossière en fréquence, l'unité 50 d'estimation et de correction fine de fréquence et l'unité 60 de synchronisation temporelle fine sont en outre activées. Le second dispositif de synchronisation est alors actif.

Enfin, dès que ce second dispositif de synchronisation réussit la synchronisation temporelle fine, comme décrit en relation avec les figures 7 et 8, la validité des données reçues est confirmée et l'ensemble des unités constitutives du récepteur est validé par le signal de validation 65.

La figure 10 illustre schématiquement la constitution d'une station de réseau ou station de réception informatique, sous forme de schéma synoptique.

Cette station comporte un clavier 1011, un écran 1009, un destinataire d'information externe 1010, un récepteur hertzien 1006, conjointement reliés à un port d'entrées/sorties 1003 d'une carte de traitement 1001.

La carte de traitement 1001 comporte, reliés entre eux par un bus d'adresses et de données 1002 : - une unité centrale de traitement 1000 ;

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- une mémoire vive RAM 1004 ; - une mémoire morte ROM 1005 ; et - le port d'entrées/sorties 1003.

Chacun des éléments illustrés en figure 10 est bien connu de l'homme du métier des micro-ordinateurs et des systèmes de transmission et, plus généralement, des systèmes de traitement de l'information. Ces éléments communs ne sont donc pas décrits ici.

On observe, en outre, que le mot"registre"utilisé dans la description désigne, dans chacune des mémoires 1004 et 1005, aussi bien une zone mémoire de faible capacité (quelques données binaires) qu'une zone mémoire de grande capacité (permettant de stocker un programme entier).

La mémoire vive 1004 conserve des données, des variables et des résultats intermédiaires de traitement, dans des registres de mémoire portant,

dans la description, les mêmes noms que les données dont ils conservent les valeurs. La mémoire vive 1004 comporte notamment : - un registre"données reçues", dans lequel sont conservées les données binaires reçues, dans leur ordre d'arrivée sur le bus 1002 en provenance du canal de transmission.

La mémoire morte 1005 est adaptée à conserver le programme de fonctionnement de l'unité centrale de traitement 1000, dans un registre "Program".

L'unité centrale de traitement 1000 est adaptée à mettre en oeuvre un procédé de réception conforme à l'invention, tel qu'illustré par l'organigramme de la figure 3.

Comme le montre la figure 11, un réseau selon l'invention est constitué d'au moins une station dite station de base SB désignée par la référence 64, et de plusieurs stations périphériques dites terminaux mobiles SPi, i = 1,..., M, où M est un entier supérieur ou égal à 1, respectivement désignées par les références 661, 662,..., 66M. Les stations périphériques 661, 662,.... 66M sont éloignées de la station de base SB, reliées chacune par une liaison radio avec la station de base SB et susceptibles de se déplacer par rapport à cette dernière.

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La station de base 64 peut comporter des moyens adaptés à mettre en oeuvre un procédé de réception conforme à l'invention ou peut comporter un dispositif de réception conforme à l'invention et au moins un des terminaux mobiles 661 peut comporter des moyens adaptés à mettre en oeuvre un procédé de réception conforme à l'invention ou comporter un dispositif de réception conforme à l'invention.

Claims (22)

REVENDICATIONS

1. Procédé de réception de signaux sous forme de trames comportant un préambule et des données, ledit préambule comportant au moins deux parties, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes suivant lesquelles : - on effectue une première opération de synchronisation (500), consistant à détecter l'arrivée d'une nouvelle trame à partir de la première partie du préambule, - on effectue une opération de correction (502), consistant à corriger des informations contenues dans la seconde partie du préambule de ladite nouvelle trame, - on effectue une tentative de seconde synchronisation (504), par intercorrélation entre les informations corrigées précédemment et un signal prédéterminé, et - selon le résultat de la seconde synchronisation, on effectue ou non une opération de démodulation (506), consistant à démoduler l'ensemble des données contenues dans ladite trame.

2. Procédé de réception selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors de la première opération de synchronisation (500), on détermine en outre l'erreur en fréquence grossière.

3. Procédé de réception selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, lors de l'opération de correction (502), on détermine l'erreur en fréquence fine.

4. Procédé selon la revendication 1,2 ou 3, caractérisé en ce que, lors de la tentative de seconde synchronisation (504), on tente d'effectuer une synchronisation temporelle fine.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal prédéterminé est un signal de validation (65) qui commande l'opération de démodulation (506).

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6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'opération de démodulation (506) met en oeuvre une démodulation de type OFDM.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les signaux sont sous forme de trames conformes à la norme Hiperlan 2, la première partie du préambule étant constituée des séquences A et B et la seconde partie du préambule étant constituée de la séquence C.

8. Dispositif de réception de signaux sous forme de trames comportant un préambule et des données, ledit préambule comportant au moins deux parties, caractérisé en ce qu'il comporte : - des premiers moyens (40) de synchronisation, pour détecter l'arrivée d'une nouvelle trame à partir de la première partie du préambule, - des moyens (30, 50) de correction, pour corriger des informations contenues dans la seconde partie du préambule de ladite nouvelle trame, - des seconds moyens (60) de synchronisation, pour effectuer une tentative de seconde synchronisation par intercorrélation entre les informations corrigées précédemment et un signal prédéterminé, et - des moyens (70,80, 90,100, 110,120, 130) de démodulation, pour, selon le résultat de la seconde synchronisation, démoduler ou non l'ensemble des données contenues dans ladite trame.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les premiers moyens (40) de synchronisation déterminent en outre l'erreur en fréquence grossière.

10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les moyens (30,50) de correction déterminent l'erreur en fréquence fine.

11. Dispositif selon la revendication 8,9 ou 10, caractérisé en ce que les seconds moyens (60) de synchronisation tentent d'effectuer une synchronisation temporelle fine.

12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que le signal prédéterminé est un signal de validation (65) qui commande les moyens (70,80, 90,100, 110,120, 130) de démodulation.

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13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que les moyens (70, 80, 90, 100, 110, 120, 130) de démodulation mettent en oeuvre une démodulation de type OFDM.

14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que les signaux sont sous forme de trames conformes à la norme Hiperlan 2, la première partie du préambule étant constituée des séquences A et B et la seconde partie du préambule étant constituée de la séquence C.

15. Appareil de traitement de signaux numériques, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre un procédé de réception selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.

16. Appareil de traitement de signaux numériques, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de réception selon l'une quelconque des revendications 8 à 14.

17. Réseau de télécommunications, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre un procédé de réception selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.

18. Réseau de télécommunications, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de réception selon l'une quelconque des revendications 8 à 14.

19. Station mobile dans un réseau de télécommunications, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre un procédé de réception selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.

20. Station mobile dans un réseau de télécommunications, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de réception selon l'une quelconque des revendications 8 à 14.

21. Station de base dans un réseau de télécommunications, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre un procédé de réception selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.

22. Station de base dans un réseau de télécommunications, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de réception selon l'une quelconque des revendications 8 à 14.