FR2795257A1 - Detecteur de phase pour systeme de transmission a etalement de spectre - Google Patents
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Abstract
L'invention propose un détecteur de phase pour boucle à verrouillage de phase. Le détecteur de phase proposé est utilisable dans des systèmes de transmission à étalement de spectre. Il comporte des moyens de calcul de produits du type qm . dm * où qm est le symbole d'entrée du détecteur de phase et dm * est le conjugué du symbole émis correspondant (ou de la décision sur ce symbole émis).Il délivre une tension wm qui représentative d'un écart de phase entre deux produits qm . dm * et qm-x . dm-x * obtenus pour deux symboles d'entrée distincts qm et qm-x . Applications : notamment voie de retour pour systèmes de diffusion de programmes par satellite ou par câble.
Description
DESCRIPTION L'invention concerne un système de transmission comportant un émetteur pour émettre des symboles, et un récepteur comprenant une boucle à verrouillage de phase dotée d'un détecteur de phase qui est destiné à recevoir un symbole d'entrée correspondant à un symbole émis, et qui comporte des moyens de calcul d'un produit dudit symbole d'entrée par le conjugué du symbole émis correspondant.
L'invention concerne également un récepteur destiné à être utilisé dans un tel système, ainsi qu'un procédé de détection de phase, un procédé de correction de fréquence et un programme d'ordinateur permettant à un récepteur de mettre en oeuvre de tels procédés.
L'invention a notamment des applications dans le domaine de la diffusion de programmes numériques, par câble ou par satellite par exemple, avec voie de retour permettant aux différents utilisateurs de transmettre des données vers une station de tête.
Une telle boucle à verrouillage de phase est par exemple décrite au chapitre 5.8 du livre "Digital Communication Receivers: Synchronization, Channel estimation and Signal processing" de Heinrich Meyr, Marc Moeneclaey et Stefan A. Fechtel, publié dans la collection "A Wiley-Interscience Publication" aux éditions John Wiley & Sons Inc.
Le détecteur de phase décrit dans cet ouvrage délivre une tension qui est égale à la partie imaginaire du produit du symbole d'entrée du détecteur de phase par le conjugué du symbole émis correspondant.
II a en particulier été constaté qu'une telle boucle à verrouillage de phase ne converge pas lorsqu'elle est utilisée dans un système de transmission qui utilise une technique de transmission par étalement de spectre.
L'invention a notamment pour but de proposer un autre détecteur de phase qui permet en particulier la convergence de la boucle à verrouillage de phase dans un système de transmission qui utilise une technique de transmission par étalement de spectre.
Pour cela, un système de transmission et un récepteur selon l'invention et tels que décrits dans le paragraphe introductif sont caractérisés en ce que ledit détecteur de phase comporte des moyens pour délivrer une tension représentative d'un écart de phase entre deux produits obtenus pour deux symboles d'entrée distincts.
De même un procédé de détection de phase selon l'invention est caractérisé en ce qu'il délivre une tension représentative d'un écart de phase entre deux produits obtenus pour deux symboles d'entrée distincts. Et un procédé de correction en fréquence selon l'invention est caractérisé en ce que l'étape de détection de phase délivre une tension représentative d'un écart de phase entre deux produits obtenus pour deux symboles d'entrée distincts. Enfin un programme d'ordinateur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il permet à un récepteur de mettre en aeuvre les procédés selon l'invention.
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails apparaîtront dans la description qui va suivre en regard des dessins annexés qui sont donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels: - la figure 1 représente une boucle à verrouillage de phase selon l'invention, - la figure 2 représente un exemple de système de transmission selon l'invention, - la figure 3 représente un exemple de récepteur selon l'invention, - la figure 4 est un organigramme résumant les différentes étapes d'un exemple de procédé de correction de fréquence selon l'invention.
L'invention a notamment pour but de proposer un détecteur de phase qui permet en particulier la convergence d'une boucle à verrouillage de phase dans un système de transmission qui utilise une technique de transmission par étalement de spectre.
Dans la suite de la description on rappelle seulement les notions d'étalement de spectre qui sont nécessaires à la compréhension de l'invention. Pour plus de détails on pourra par exemple se reporter au paragraphe 1.2 du livre de Samuel C. YANG intitulé "CDMA RF system engineering" publié aux éditions Artech House Inc. en 1998.
A l'émission l'étalement de spectre est effectué pour un utilisateur donné en multipliant chaque symbole à transmettre d", par un code qui est une séquence de L chips ck (k=0,...,L-1) qui vérifient notamment Ck.Ck=1. A la réception, le signal reçu r(t) est échantillonné à la fréquence chie 1/Tc. Dans la suite de la description les échantillons obtenus pour un utilisateur sont notés r,,k. Si on note of.Tc l'écart en fréquence, normalisé par rapport à la fréquence chip, et relatif à l'émetteur, le déphasage avec lequel l'échantillon r,,k est reçu s'écrit rp,,k <I≥</I> 27c.Af.Tc.(m.L <I>+ k).</I>
Donc
si l'on néglige le bruit.
si l'on néglige le bruit.
L'opération de désétalement de spectre consiste à multiplier chaque échantillon r,m,k par le chip c, et à additionner les produits obtenus pour une valeur de m fixée et pour k variant de 0 à L-1. Si l'on néglige le bruit et l'interférence intersymbole qui est assimilable à un bruit gaussien, on obtient ainsi un symbole reçu pm qui vérifie:
c'est-à-dire:
Les boucles à verrouillage de phase selon l'art antérieur utilisent un détecteur de phase qui délivre en boucle ouverte une tension vm telle que: Vm In 1(d. .@7'm ) où Im(z) est la partie imaginaire du nombre complexe z, p'R, est le symbole d'entrée de la boucle à verrouillage de phase, et dm est le conjugué du symbole émis correspondant au symbole p'r,, (ou le conjugué de l'estimation du symbole émis correspondant au symbole d'entrée p'R, lorsque le symbole émis n'est pas connu).
c'est-à-dire:
Les boucles à verrouillage de phase selon l'art antérieur utilisent un détecteur de phase qui délivre en boucle ouverte une tension vm telle que: Vm In 1(d. .@7'm ) où Im(z) est la partie imaginaire du nombre complexe z, p'R, est le symbole d'entrée de la boucle à verrouillage de phase, et dm est le conjugué du symbole émis correspondant au symbole p'r,, (ou le conjugué de l'estimation du symbole émis correspondant au symbole d'entrée p'R, lorsque le symbole émis n'est pas connu).
Dans un système de transmission par étalement de spectre, pR, est donné par l'équation (1). Si p,n=p',n, l'équation (2) s'écrit alors:
Une telle boucle à verrouillage de phase ne peut pas converger à cause du terme 27r.df.Tc.m.L qui dépend de m.
Une telle boucle à verrouillage de phase ne peut pas converger à cause du terme 27r.df.Tc.m.L qui dépend de m.
Sur la figure 1 on a représenté un exemple de boucle à verrouillage de phase selon l'invention. Cette boucle à verrouillage de phase comporte un multiplicateur 1 pour corriger la phase d'un symbole p'm appliqué en entrée de la boucle à verrouillage de phase. Ce multiplicateur 1 multiplie le symbole d'entrée p', par une exponentielle
où qm est une estimation de la phase à corriger, et délivre un symbole q, qui vérifie
Le symbole q, est appliqué en entrée d'un détecteur de phase 2 selon l'invention. Le détecteur de phase 2 délivre une tension w, qui commande un oscillateur numérique 3 par l'intermédiaire d'un filtre 4. L'oscillateur numérique 4 délivre une exponentielle
qui est appliquée au multiplicateur 1.
où qm est une estimation de la phase à corriger, et délivre un symbole q, qui vérifie
Le symbole q, est appliqué en entrée d'un détecteur de phase 2 selon l'invention. Le détecteur de phase 2 délivre une tension w, qui commande un oscillateur numérique 3 par l'intermédiaire d'un filtre 4. L'oscillateur numérique 4 délivre une exponentielle
qui est appliquée au multiplicateur 1.
Conformément à l'invention la tension w, est représentative d'un écart de phase entre deux produits (qm.dm') et (qm_X.dm_X') obtenus pour deux symboles d'entrée distincts du détecteur de phase, q, et q,-x. A titre d'exemple, on choisit: w = sin[arg(qm.dm*) - arg(qm-.r .d,n-,r@ )] où sin indique la fonction sinus, et arg(z) est l'argument du nombre complexe z. En boucle ouverte, qm=p'm. Si p', est donné par l'équation (1) on obtient alors: w. = sin[t27r.Af.Tc.(m.L) <I>+</I> n.Af .Tc.(L -1)}- {27r.Of.Tc.(m <I>-</I> x)l <I>+</I> 7r.Of.Tc.(L -1)}] c'est-à-dire:
w", <SEP> = <SEP> sin[27r.Af<I>.Tc(m-L <SEP> - <SEP> (m <SEP> - <SEP> x)L)] <SEP> z- <SEP> 2n.Af.Tc.L.x</I> <SEP> si <SEP> <I>-</I>
<tb> <I> < <SEP> Of <SEP> .Tc.L.x <SEP> < </I>
<tb> c'est-à-dire <SEP> si
<tb> <I>- <SEP> 1 <SEP> < <SEP> OfIs <SEP> < <SEP> 1</I> <SEP> où <SEP> 1/Ts <SEP> est <SEP> la <SEP> fréquence <SEP> symbole.
<tb> 2x <SEP> 2x La boucle à verrouillage de phase selon l'invention fonctionne donc pour un écart en fréquence normalisé par rapport à la fréquence symbole, dont la valeur maximum est
On obtient une valeur maximale de (df .Ts)m,, pour x=1. Cette valeur maximale est égale à 50%. Sur la figure 2 on a représenté un exemple de système de transmission selon l'invention. Ce système de transmission comporte une pluralité d'émetteurs 10 qui émettent des données vers un récepteur 12 par l'intermédiaire d'un média de transmission 14. II peut s'agir par exemple d'une voie montante dans un système de diffusion de programmes par satellite ou par câble. Les terminaux de ce type de systèmes sont destinés au grand public. II est donc important de réduire au maximum leur prix de revient. Pour cela, il est notamment avantageux d'utiliser des oscillateurs locaux de faible prix pour générer les fréquences porteuses à utiliser pour les transmissions montantes. Les oscillateurs locaux de faible prix sont imprécis: typiquement on utilise des oscillateurs dont la précision varie entre 1 ppm (de l'anglais "part per million") et 10 ppm. L'erreur qui en résulte sur la fréquence porteuse générée est proportionnelle à la fréquence porteuse. Cette erreur est donc d'autant plus gênante que les fréquences utilisées sont élevées. A titre d'exemple, dans les systèmes de transmission par satellite qui utilisent la bande de fréquences 20Ghz- 30Ghz pour les transmissions montantes, l'écart en fréquence obtenu pour un oscillateur local ayant une précision de 1 ppm peut atteindre 30kHz (c'est- à-dire que pour une fréquence symbole 1/Ts de 100kHz, l'écart de fréquence normalisé par rapport à la fréquence symbole est de 30%).
<tb> <I> < <SEP> Of <SEP> .Tc.L.x <SEP> < </I>
<tb> c'est-à-dire <SEP> si
<tb> <I>- <SEP> 1 <SEP> < <SEP> OfIs <SEP> < <SEP> 1</I> <SEP> où <SEP> 1/Ts <SEP> est <SEP> la <SEP> fréquence <SEP> symbole.
<tb> 2x <SEP> 2x La boucle à verrouillage de phase selon l'invention fonctionne donc pour un écart en fréquence normalisé par rapport à la fréquence symbole, dont la valeur maximum est
On obtient une valeur maximale de (df .Ts)m,, pour x=1. Cette valeur maximale est égale à 50%. Sur la figure 2 on a représenté un exemple de système de transmission selon l'invention. Ce système de transmission comporte une pluralité d'émetteurs 10 qui émettent des données vers un récepteur 12 par l'intermédiaire d'un média de transmission 14. II peut s'agir par exemple d'une voie montante dans un système de diffusion de programmes par satellite ou par câble. Les terminaux de ce type de systèmes sont destinés au grand public. II est donc important de réduire au maximum leur prix de revient. Pour cela, il est notamment avantageux d'utiliser des oscillateurs locaux de faible prix pour générer les fréquences porteuses à utiliser pour les transmissions montantes. Les oscillateurs locaux de faible prix sont imprécis: typiquement on utilise des oscillateurs dont la précision varie entre 1 ppm (de l'anglais "part per million") et 10 ppm. L'erreur qui en résulte sur la fréquence porteuse générée est proportionnelle à la fréquence porteuse. Cette erreur est donc d'autant plus gênante que les fréquences utilisées sont élevées. A titre d'exemple, dans les systèmes de transmission par satellite qui utilisent la bande de fréquences 20Ghz- 30Ghz pour les transmissions montantes, l'écart en fréquence obtenu pour un oscillateur local ayant une précision de 1 ppm peut atteindre 30kHz (c'est- à-dire que pour une fréquence symbole 1/Ts de 100kHz, l'écart de fréquence normalisé par rapport à la fréquence symbole est de 30%).
Une solution pour réduire cet écart de fréquence normalisé est d'utiliser un technique de transmission par étalement de spectre. En effet la technique d'étalement de spectre consiste à ajouter L transitions dans un symbole. On passe donc d'une durée symbole de Ts à une durée chip Tc égale à Ts/L. L'écart en fréquence normalisé est donc divisé par L.
A la réception, l'écart en fréquence relatif à chaque émetteur doit être corrigé. Pour cela, on utilise une boucle à verrouillage de phase telle que représentée sur la figure 1. Afin de réduire le temps de convergence de la boucle à verrouillage de phase (qui est d'autant plus important que l'écart en fréquence normalisé est élevé) on utilise, en amont de la boucle à verrouillage de phase, un estimateur de fréquence et des moyens de correction de fréquence. Ainsi la boucle à verrouillage de phase n'a à corriger qu'une erreur résiduelle.
Sur la figure 3 on a représenté un exemple de récepteur 12 selon l'invention. Ce récepteur 12 comporte des moyens 20 pour transposer le signal reçu r(t) en bande de base, un échantillonneur 22 pour échantillonner le signal en bande de base à la fréquence chip 1/Tc, un filtre 24 pour filtrer le signal échantillonné autour de zéro, des moyens 26 de désétalement de spectre qui délivrent des symboles p," appelés symboles reçus, un estimateur de fréquence 28 pour estimer l'erreur de fréquence Âf.Tc sur les symboles reçus pR, et un correcteur de fréquence 30 pour corriger l'erreur estimée. Le symbole corrigé p'", est ensuite appliqué à une boucle à verrouillage de phase 40 selon l'invention pour corriger l'erreur de phase résiduelle. La sortie de la boucle à verrouillage de phase est reliée à un dispositif 50 de décision à seuil qui prend une décision dm sur le symbole reçu. Et le dispositif de décision à seuil 50 est relié à des moyens classiques 60 de décodage de canal qui délivrent les données finales. L'estimateur de fréquence 28 est par exemple constitué par l'un des estimateurs décrit dans l'article "Feedforward estimation for PSK: a tutorial review" de Michele Morelli et Umberto Mengali, publié dans la revue European Transactions on communications, voume9, n 2, mars - avril 1998.
Sur la figure 4 on a résumé sous forme d'organigramme les différentes étapes d'un procédé de correction en fréquence selon l'invention. Ce procédé comporte une étape 100 d'estimation de fréquence pour estimer une erreur en fréquence af.Tc sur un symbole reçu p,n, une étape 110 de correction de fréquence pour corriger cette erreur de fréquence Âf.Tc (cette étape 110 consiste à multiplier le symbole reçu p, par une exponentielle e-j"-Âf" <I>),</I> et une étape 120 de verrouillage de phase pour corriger l'erreur résiduelle (Af <I>-</I> Âf <I>)</I> sur le symbole
L'invention n'est pas limitée aux systèmes de diffusion par câble ou satellite qui ont été décrits ici à titre d'exemple. Elle est en particulier applicable à tout type de système de transmission qui utilise une technique de transmission par étalement de spectre.
L'invention n'est pas limitée aux systèmes de diffusion par câble ou satellite qui ont été décrits ici à titre d'exemple. Elle est en particulier applicable à tout type de système de transmission qui utilise une technique de transmission par étalement de spectre.
Claims (10)
1. Système de transmission comportant un émetteur (10) pour émettre des symboles, et un récepteur (12) comprenant une boucle à verrouillage de phase dotée d'un détecteur de phase (2) qui est destiné à recevoir un symbole d'entrée (qm) correspondant à un symbole émis (dm), et qui comporte des moyens de calcul d'un produit dudit symbole d'entrée par le conjugué du symbole émis correspondant (dm.), caractérisé en ce que ledit détecteur de phase comporte des moyens pour délivrer une tension (wm) représentative d'un écart de phase entre deux produits obtenus pour deux symboles d'entrée distincts.
2. Système de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il utilise une technique de transmission à étalement de spectre (26), et en ce que ledit récepteur comporte des moyens (26) de désétalement de spectre en amont dudit détecteur de phase.
3. Système de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en amont dudit détecteur de phase, un estimateur de fréquence (28) pour estimer une erreur en fréquence relative audit émetteur, et un correcteur de fréquence (30) pour corriger ladite erreur de fréquence.
4. Récepteur (12) comprenant une boucle à verrouillage de phase dotée d'un détecteur de phase (2) qui est destiné à recevoir un symbole d'entrée (qm) correspondant à un symbole émis(dm), et qui comporte des moyens de calcul d'un produit dudit symbole d'entrée par le conjugué du symbole émis correspondant, caractérisé en ce que ledit détecteur de phase comporte des moyens pour délivrer une tension (w,) représentative d'un écart de phase entre deux produits obtenus pour deux symboles d'entrée distincts.
5. Récepteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte, en amont de ladite boucle à verrouillage de phase, un estimateur de fréquence (28) pour estimer une erreur en fréquence relative audit émetteur, et un correcteur de fréquence (30) pour corriger ladite erreur de fréquence.
6. Procédé de détection de phase à partir d'un symbole (q,) correspondant à un symbole émis (dm), comportant une étape de calcul d'un produit dudit symbole d'entrée par le conjugué du symbole émis correspondant, caractérisé en ce qu'il délivre une tension (w,) représentative d'un écart de phase entre deux produits obtenus pour deux symboles d'entrée distincts.
7. Procédé de correction en fréquence pour corriger au niveau d'un récepteur une erreur en fréquence relative à un émetteur, ledit procédé comportant une étape de verrouillage de phase (120) qui comprend notamment une étape de détection de phase calculant à partir d'un symbole d'entrée (q,) correspondant à un symbole émis (d,), un produit dudit symbole d'entrée par le conjugué du symbole émis correspondant, caractérisé en ce que ladite étape de détection de phase délivre une tension (w,) représentative d'un écart de phase entre deux produits obtenus pour deux symboles d'entrée distincts.
8. Procédé de correction en fréquence selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte, en amont de ladite étape de verrouillage de phase, une étape d'estimation de fréquence (100) pour estimer une erreur en fréquence relative audit émetteur, et une étape de correction de fréquence (110) pour corriger ladite erreur de fréquence.
9. Programme d'ordinateur permettant à un récepteur de mettre en oeuvre un procédé de correction en fréquence pour corriger une erreur en fréquence relative à un émetteur, ledit procédé comportant une étape de verrouillage de phase qui comprend notamment une étape de détection de phase calculant à partir d'un symbole d'entrée correspondant à un symbole émis, un produit dudit symbole d'entrée par le conjugué du symbole émis correspondant, caractérisé en ce que ladite étape de détection de phase délivre une tension représentative d'un écart de phase entre deux produits obtenus pour deux symboles d'entrée distincts.
10. Programme d'ordinateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit procédé de correction en fréquence comporte, en amont de ladite étape de verrouillage de phase, une étape d'estimation de fréquence pour estimer une erreur en fréquence relative audit émetteur, et une étape de correction de fréquence pour corriger ladite erreur de fréquence.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9907558A FR2795257A1 (fr) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | Detecteur de phase pour systeme de transmission a etalement de spectre |
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|---|---|
| FR (1) | FR2795257A1 (fr) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4627079A (en) * | 1983-11-07 | 1986-12-02 | Hughes Aircraft Company | Method and apparatus for acquiring and tracking a communications signal |
| US5659573A (en) * | 1994-10-04 | 1997-08-19 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for coherent reception in a spread-spectrum receiver |
| WO1997037437A1 (fr) * | 1996-03-29 | 1997-10-09 | Qualcomm Incorporated | Poursuite de frequences pour signaux de communication faisant intervenir une modulation orthogonale m-aire de walsh |
-
1999
- 1999-06-15 FR FR9907558A patent/FR2795257A1/fr not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
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