FR2979775A1 - Procede de synchronisation et de reception d'un recepteur radio, et recepteur adapte pour mettre en oeuvre un tel procede - Google Patents

Abstract

Procédé de synchronisation et de réception d'un récepteur radio adapté pour recevoir des données codées sous forme d'impulsions radio dans une trame de bits de données comprenant un délimiteur de trame et des données utiles (DATA). La trame ne comprend pas de préambule de synchronisation, et le procédé comprend : des démodulations binaires en parallèle des mêmes données numérisées (D) contenues dans les L cellules pour fournir un même nombre L de données binaires (B), des comparaisons en parallèle des données binaires (B) avec un délimiteur de trame pour détecter des cellules synchronisés en nombre L parmi les L cellules, et la détermination des données utiles (DATA) reçues à partir des données binaires (B) des L cellules synchronisées.

Description

Procédé de synchronisation et de réception d'un récepteur radio, et récepteur adapté pour mettre en oeuvre un tel procédé.

La présente invention est relative à un procédé de synchronisation et de réception d'un récepteur radio à impulsion, ainsi qu'un récepteur adapté pour mettre en oeuvre un tel procédé. La transmission radio par impulsions est une technique utilisée principalement pour des applications à courte portée. Typiquement, la distance de transmission est inférieure à 100 mètres. Il peut s'agir de transmissions à haut débit, d'au moins 500 Mégabits/seconde par exemple. Il peut s'agir de transmissions entre des équipements informatiques, des équipements de vidéo (DVD). Cela peut être des transmissions à débit relativement bas, par exemple pour relier des capteurs à un réseau local ou à un système d'acquisition de données. Dans ce cas, la transmission par impulsion est particulièrement avantageuse grâce à sa faible consommation énergétique. Pour ces transmissions radio, les données codées sont incluent dans une trame, ou suite de bits. Cette trame comprend, dans les solutions classiques, premièrement un préambule comprenant une longue série de bits à la valeur « un » logique et à la valeur « un » logique, pour que le récepteur radio puisse se synchroniser temporellement avec le signal reçu, et ensuite démoduler des bits. La trame comprend également un délimiteur de trame pour repérer le début des données utiles, et des données utiles correspondant aux informations transmises. Cependant dans le cas d'une transmission radio par impulsion UWB, le préambule a dans la trame une durée très grande, comparé à la durée des données utiles. Ceci limite l'efficacité de la transmission (débit), c'est-à-dire le rapport entre la durée des données utiles et la durée des données de contrôles (préambule et délimiteur de trame).

La présente invention a pour but de perfectionner une telle transmission radio par impulsions, et notamment d'en améliorer le débit, l'efficacité et la synchronisation.

Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de synchronisation et de réception d'un récepteur radio adapté pour recevoir des données codées sous forme d'impulsions radio dans une trame de bits de données comprenant un délimiteur de trame et des données utiles, ledit procédé comprenant les étapes successives suivantes : - on numérise le signal radio reçu r(t) pour fournir des données numérisées, - on met en parallèle les mêmes données numérisées 15 dans un nombre Lr de cellules, Lr étant un nombre entier positif, - on effectue en parallèle des démodulations binaires des mêmes données numérisées contenues dans les Lr cellules pour fournir un même nombre Lr de données binaires 20 démodulées, chaque démodulation binaire étant effectuée avec un retard temporel différent, ledit retard temporel étant compris entre zéro et une durée de bit d'une des données codées divisée par ledit nombre Lr de données binaires, 25 - on effectue en parallèle des comparaisons des données binaires démodulées avec un délimiteur de trame pour détecter dans lesdites données binaires ledit délimiteur de trame, et déterminer des cellules synchronisés en nombre Lsync parmi les Lr cellules pour 30 lesquelles le délimiteur de trame a été détecté, et - on détermine les données utiles reçues à partir des données binaires démodulées des Lsync cellules synchronisées, lesdites données utiles étant décodées après que le délimiteur de trame soit détecté pour ces cellules 35 synchronisées.

Grâce à ces dispositions, le procédé de synchronisation et de réception d'un récepteur radio n'a pas besoin d'un préambule dans la trame pour synchroniser la transmission avant la démodulation binaire. La trame contient uniquement un délimiteur de trame et des données utiles. La trame est temporellement plus courte, et le débit de données utiles peut être plus important dans le milieu de transmission.

Dans divers modes de réalisation du procédé selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - une démodulation binaire est effectuée par les étapes suivantes : * on effectue une corrélation des données numérisées avec un premier modèle correspondant à un « zéro » logique pour déterminer une valeur d'énergie à « zéro » logique, ledit premier modèle correspondant à une impulsion ayant été modulée pour coder une valeur « zéro » 20 et décalée temporellement du retard temporel, * on effectue une corrélation des données numérisées avec un deuxième modèle correspondant à un « un » logique pour déterminer une valeur d'énergie à « un » logique, ledit deuxième modèle correspondant à une 25 impulsion ayant été modulée pour coder une valeur « zéro » et décalée temporellement du retard temporel, et * on compare la valeur de l'énergie à « zéro » logique à la valeur de l'énergie à « un » logique pour déterminer la valeur d'un bit d'une donnée binaire, ladite 30 valeur de bit étant égale à « zéro » si la valeur de l'énergie à « zéro » logique est supérieure à la valeur de l'énergie à « un » logique, et valeur de bit étant égale à « un » sinon ; - chaque corrélation est effectuée par la 35 multiplication des données numérisées avec ledit premier ou deuxième modèle, puis intégration sur une période de temps d'intégration pour fournir une valeur d'énergie correspondant audit modèle ; - les données utiles correspondent aux données binaires d'une cellule synchronisée particulière, ladite cellule synchronisée particulière étant la cellule synchronisée parmi les Lsync cellules synchronisées pour laquelle la démodulation binaire produit la plus grande valeur de l'énergie à « zéro » logique ou la plus grande valeur de l'énergie à « un » logique ; - les données utiles sont déterminées en réalisant un vote sur les bits des données binaires des Lsync cellules synchronisées par les étapes suivantes : * on compte un nombre N,,' de bit à « un » logique parmi les bits au même instant temporel des données 15 binaires des Lsync cellules synchronisées, et * on compare le nombre N,,' de bits à « un » logique au nombre Lsync de cellules synchronisées, le bit des données utiles étant égal à la valeur « un » logique si N,,' > Lsync / 2, et étant égal à la valeur « zéro » logique 20 sinon. L'invention se rapporte également à un récepteur radio adapté pour recevoir des données codées sous forme d'impulsions radio dans une trame de bits de données 25 comprenant un délimiteur de trame et des données utiles, ledit récepteur radio comprenant : - un convertisseur analogique numérique pour numériser un signal radio reçu r(t) et pour fournir des données numérisées, 30 - une interface pour mettre en parallèle les mêmes données numérisées dans un nombre Lr de cellules, Lr étant un nombre entier positif, - un moyen de démodulation binaire pour effectuer en parallèle des démodulations binaires des mêmes données 35 numérisées contenues dans les Lr cellules et pour fournir un même nombre Lr de données binaires, chaque démodulation binaire étant effectuée avec un retard temporel différent, ledit retard temporel étant compris entre zéro et une durée de bit d'une des données codées, - un bloc de corrélation du délimiteur de trame pour effectuer en parallèle des comparaisons des données binaires avec un délimiteur de trame pour détecter dans lesdites données binaires ledit délimiteur de trame, et déterminer des cellules synchronisés en nombre Lsync parmi les L, cellules pour lesquelles le délimiteur de trame a été détecté, et - un bloc de choix pour déterminer les données utiles reçues à partir des données binaires correspondant aux Lsync cellules synchronisées, lesdites données utiles étant décodées après que le délimiteur de trame soit détecté pour ces cellules synchronisées. Dans divers modes de réalisation du récepteur radio selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - un moyen de démodulation binaire comprend : * un premier ensemble pour effectuer une corrélation des données numérisées avec un premier modèle correspondant à un « zéro » logique et pour déterminer une valeur d'énergie à « zéro » logique, ledit premier modèle correspondant à une impulsion ayant été modulée pour coder une valeur « zéro » et décalée temporellement du retard temporel, * un deuxième ensemble pour effectuer une corrélation des données numérisées avec un deuxième modèle correspondant à un « un » logique et pour déterminer une valeur d'énergie à « un » logique, ledit deuxième modèle correspondant à une impulsion ayant été modulée pour coder une valeur « zéro » et décalée temporellement du retard temporel, et * un bloc de comparaison pour comparer la valeur de l'énergie à « zéro » logique à la valeur de l'énergie à « un » logique et pour déterminer la valeur d'un bit d'une donnée binaire, ladite valeur de bit étant égale à « zéro » si la valeur de l'énergie à « zéro » logique est supérieure à la valeur de l'énergie à « un » logique, et valeur de bit étant égale à « un » sinon ; - chaque corrélation est effectuée par la multiplication des données numérisées avec ledit premier ou deuxième modèle, puis intégration sur une période de temps d'intégration pour fournir une valeur d'énergie correspondant audit modèle ; - le bloc de choix détermine les données utiles en choisissant les données binaires d'une cellule synchronisée particulière, ladite cellule synchronisée particulière étant la cellule synchronisée parmi les Lsync cellules synchronisées pour laquelle la démodulation binaire produit la plus grande valeur de l'énergie à « zéro » logique ou la plus grande valeur de l'énergie à « un » logique ; - le bloc de choix détermine les données utiles en réalisant un vote sur les bits des données binaires des 20 Lsync cellules synchronisées par les étapes suivantes : * on compte un nombre N,,' de bit à « un » logique parmi les bits au même instant temporel des données binaires des Lsync cellules synchronisées, et * on compare le nombre N,,' de bits à « un » 25 logique au nombre Lsync de cellules synchronisées, le bit des données utiles étant égal à la valeur « un » logique si Nun > Lsync / 2, et étant égal à la valeur « zéro » logique sinon. 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins : 35 - la figure 1 est un schéma bloc représentant un récepteur et procédé selon l'art antérieur ; - la figure 2 représente des tracés de signaux émis et reçu ; - la figure 3 est un exemple de schéma bloc d'un corrélateur utilisé dans le récepteur de la figure 1 ; - la figure 4 est un schéma bloc représentant un récepteur et procédé selon l'invention ; - la figure 5 est un schéma représentant une variante de réalisation du bloc de choix de la figure 4 ; - la figure 6 est un graphique comparant le taux de 10 détection de trame d'une pluralité de récepteurs en fonction du rapport signal à bruit ; et - la figure 7 est un graphique comparant le taux de bit erroné d'une pluralité de récepteurs en fonction du rapport signal à bruit. 15 La figure 1 est un schéma représentant un mode de réalisation d'un procédé de synchronisation et de réception d'un récepteur radio selon l'art antérieur, tel que cela est décrit dans les documents suivants : 20 - I. D. O'Donnell, et R. W. Brodersen, "An ultra- wideband transceiver architecture for low power, low rate, wireless system" IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 54, no. 5, September 2005, - Q. Zhang, "Ultra-wideband (UWB) impulse radio 25 communication system design and prototyping", Thèse de Doctorat de la faculté du Technologique du Tenesse, Etats-Unis d'Amérique, Décembre 2007, - A. Rabbachin, et I. Oppermann, "Synchronization analysis for UWB systems with a low-complexity energy 30 collection receiver", International Workshop on Ultra Wideband Systems, Conference on Ultrawideband Systems and Technologies, pp. 288-292, Mai 2004, - M. Verhelst, et W. Dehaene, "System design of an ultra-low power, low data rate, pulsed UWB receiver in the 35 0-960Mhz band", IEEE International Conference on Communications, ICC, vol. 4, pp. 2812-2817, Mai 2005.

Ce récepteur radio est adapté pour recevoir des données codées sous forme d'impulsions radio (IR) en signal ultra-large bande, encore désigné UWB (« Ultra Wide Band » en anglais). Ce type de récepteur n'utilise pas de fréquence porteuse. L'information est émise en utilisant des impulsions de durée très courte, moins d'une nanoseconde, et donc de très grande largeur de bande de fréquence, plusieurs GHz. Dans les réseaux d'émetteur-récepteur radio de ce type, les données codées sont transmises à l'intérieur d'une trame. La trame comprend une suite d'octets, chaque octet comprenant huit bits de données binaires ayant une valeur à « zéro » ou une valeur à « un ». Un bit de donnée est transmis par un ou éventuellement plusieurs impulsions. Cette dernière technique utilisant plusieurs impulsions pour transmettre un bit de donnée est connue sous le nom d'étalement de spectre. Elle permet d'augmenter la robustesse de la transmission. Mais, elle diminue le débit utile.

Un bit de donnée a une durée de bit Tb qui dépend du débit de la transmission. L'impulsion a une durée d'impulsion Tp très inférieure à la durée de bit Tb. Repérer une impulsion dans une durée de bit Tb est donc une recherche fastidieuse, pour laquelle il existe des techniques séries, parallèles et hybrides. En outre, il y a dans le milieu de propagation, un nombre important de trajets possibles entre l'émetteur et le récepteur. Ces multi trajets compliquent la tâche du récepteur qui reçoit pour une impulsion émise une pluralité d'impulsions en réception, lesdites impulsions en réception étant chacune atténuée, retardée et/ou déphasée avec des valeurs particulières dépendant de chaque trajet distinct. Ces impulsions en réception s'étalent sur une durée d'échos Td . En figure 2, le premier tracé représente le signal des données binaires à émettre d(t), le deuxième tracé représente le signal émis t(t) des impulsions avec une modulation BPSK, et le troisième tracé représente le signal reçu r(t) par le récepteur radio. La figure 2 illustre la solution classique de l'état de l'art. La trame comprend en série : - un préambule PRB, - un délimiteur de trame SFD (« Start of Frame Delimiter » en anglais), et - des données utiles DATA. Le préambule PRB est adapté (dans les solutions classiques de l'état de l'art) pour réaliser une synchronisation en réception des bits et impulsions reçues. Par exemple, il comprend une suite de 7 octets avec une alternance de bits à « un » et de bits à « zéro », par exemple un code PRB du type 10101010 en binaire. Grâce à ce préambule PRB, le récepteur peut estimer le retard Tm du signal reçu par rapport à son horloge interne, se synchroniser par rapport aux bits de données transmis, et trouver les bits dans le signal de réception r(t). Le préambule PRB a une durée du préambule TpRB. Elle est égale a une durée de bit Tb multiplié par le nombre de bits du préambule LpRB. Par exemple, si le préambule PRB contient 7 octets, la durée du préambule TpRB est équivalente à une durée de 56 fois la durée d'un bit Tb. Le délimiteur de trame SFD est adapté pour repérer la fin du préambule et le début des données utiles. Il a une durée TsFD égale à une durée de bit Tb multipliée par un nombre de bit du délimiteur de trame LsFD.

Le délimiteur de trame SFD comprend par exemple un seul octet dont les deux derniers bits sont à un, par exemple un code SFD du type 10101011 en binaire. Grâce à ce délimiteur de trame SFD, la fin du préambule est détecté et le récepteur sait que les valeurs suivantes sont des données utiles DATA. Grâce à ce délimiteur de trame SFD, le récepteur peut se synchroniser par rapport à la trame.

Les données utiles DATA comprennent des champs de données tels que l'adresse du destinataire, l'adresse de la source, la taille de la zone de données, la zone de données, et une séquence de contrôle de trame calculée à partir des précédents champs et permettant de vérifier que toutes ces données sont correctement transmises. Une modulation est appliquée aux impulsions pour véhiculer l'information. Différents types de modulations connues existent : Par exemple, nous citerons la modulation d'amplitude PAM (pour « Pulse Amplitude Modulation »), la modulation de phase BPSK (pour « Binary Phase Shift Keying »), la modulation de position PPM (pour « Pulse Position Modulation »).

Dans le cas présent, la modulation BPSK est utilisée (signal émis t(t) représenté en figure 2), mais tout type de modulation peut être utilisée. En modulation BPSK, l'information est modulée en phase. Par exemple, pour une valeur binaire d'information (un bit) à « un », la phase d'une fonction de forme prédéterminée de l'impulsion est de 0°. Réciproquement, pour une valeur binaire d'information à « zéro », la phase de la fonction de forme de l'impulsion est de 180°.

Le récepteur radio comprend une antenne de réception, et une première partie analogique de filtrage, amplification et transposition. Ces éléments ne sont pas représentés en figure 1, mais se trouvent en amont du signal reçu r(t). La transposition permet d'adapter la bande de fréquence des signaux radio émis et reçus au gabarit imposé par la réglementation, c'est à dire de concentrer ces signaux radio dans une bande de fréquence entre 3 et 10 GHz ou autour de 60 GHz. Cette transposition permet d'utiliser ensuite une fréquence d'échantillonnage plus faible, de l'ordre de 2 giga échantillons par secondes (Géch/s ou GHz), tout en respectant le critère du théorème de Shannon pour l'échantillonnage du signal reçu r(t). Additionnellement, une approche mono ou multibandes est possible. L'approche multi bandes permet d'augmenter le débit d'information. Dans ce cas, le schéma 5 de la figure 1 doit être dupliqué pour chacune des sous-bandes. Ce récepteur radio comprend d'abord un convertisseur analogique numérique 10 (ou ADC pour « Analogic Digital Converter » en anglais) très rapide. 10 Ici, le convertisseur analogique numérique est capable de fournir 2 Géch/s avec une résolution de 8 bits. Les échantillons ou données numérisées en sortie de ce convertisseur 10 sont transmisses par 4 bus A, B, C, D de données 8 bits en parallèle, ayant chacun une fréquence de 15 500 MHz. Cependant d'autres types de convertisseur analogique numérique 10 très rapides peuvent être utilisés. Une interface 11 permet de mettre ces données numérisées Dl à D16 en série sur un seul bus. Elle fournit 20 à deux ensembles 21, 22 ces données numérisées issues du convertisseur analogique numérique 10. Chacun des ensembles 21, 22 comprend un nombre Lr de cellules ou doigts identiques recevant lesdites données numérisées Dl à D16. 25 Ce récepteur radio comprend alors : - un premier ensemble 21 de Lr corrélateurs à « zéro » logique en parallèles, et - un deuxième ensemble 22 de Lr corrélateurs à « un » logique en parallèles. 30 La figure 3 donne un exemple d'une implémentation d'un tel corrélateur. Le signal en entrée e(t) est multiplié par un modèle prédéterminé correspondant à une impulsion décalée temporellement d'un retard temporel T, et le résultat de cette multiplication est intégré sur une 35 durée d'intégration Ti. La durée d'intégration Ti est inférieure à la durée de bit Tb. Elle est supérieure à la durée d'impulsion Tp. Un tel corrélateur évalue la quantité d'énergie s(t) contenue dans un signal d'entrée e(t) correspondant à une impulsion de retard T. Les Lr corrélateurs du premier ensemble 21 ont Lr retards T différents (T1, T2, ... 'rLr) compris entre zéro et la durée de bit Tb. Habituellement, ces Lr retards sont également répartis sur la durée de bit Tb. Le premier ensemble 21 évalue ainsi l'énergie des données numérisées dans Lr tranches temporelles.

Les Lr corrélateurs du deuxième ensemble 22 ont les mêmes Lr retards, chaque corrélateur du deuxième ensemble 22 correspondant à un corrélateur du premier ensemble 21. Le deuxième ensemble 22 évalue donc également l'énergie des données numérisées dans les mêmes Lr tranches temporelles.

Les premier et deuxième ensembles 21, 22 diffèrent par les modèles, les modèles du premier ensemble 21 correspondant à une impulsion codant un bit à « zéro » et les modèles du deuxième ensemble 22 correspondant à une impulsion codant un bit à « un ». Dans le cas de la modulation BPSK, les modèles du deuxième ensemble 22 sont déphasés par rapport à ceux du premier ensemble 21, d'une valeur d'angle de 180°. Pour toute, modulation des modèles sont déterminés tel que cela est connu.

Le deuxième ensemble 22 évalue l'énergie correspondant à un « un » logique contenue dans chaque cellule ou doigt, et fournit cette valeur d'énergie à un bloc de synchronisation 32. Le bloc de synchronisation 32 détermine une cellule sélectionnée parmi les Lr cellules sur un critère énergétique : La cellule qui a cumulé le plus d'énergie sur la durée du préambule IpRB est sélectionnée. Par exemple, la cellule qui cumule une énergie correspondant à la réception de LpRB/2 bits à « un » logique (par exemple, LpRB/2 = 28 bits à « un ») ou qui cumule une énergie supérieure à un seuil prédéterminé sur la durée du préambule TpRB, est sélectionnée. Le bloc de synchronisation 32 fournit alors le numéro de la cellule sélectionnée à un bloc de sélection 31, et fournit la valeur de l'énergie à « un » logique de 5 la cellule sélectionnée à un bloc de comparaison 33. Le bloc de sélection 31 sélectionne dans le premier ensemble 21 avec le numéro de la cellule sélectionnée la cellule équivalente de corrélation à « zéro » logique, et fournit la valeur de l'énergie à « zéro » logique de cette 10 cellule au bloc de comparaison 33. En variante, le bloc de synchronisation 32 sélectionne Lb cellules sélectionnées parmi les L, cellules sur un critère énergétique : Les cellules qui ont cumulé le plus d'énergie sur la durée du préambule Tp1,2, sont 15 sélectionnées. Ces cellules sélectionnées correspondent à des trajets ayant une forte contribution parmi les multi trajets de transmission dans le milieu. Les Lb cellules sélectionnées sont alors combinées pour délivrer une valeur unique de l'énergie à « un » 20 logique de ces cellules sélectionnées. Cette valeur d'énergie est alors fournie au bloc de comparaison 33. De manière similaire, le bloc de sélection 31 sélectionne les Lb cellules dans le premier ensemble 21 avec les Lb numéros des cellules sélectionnées du deuxième 25 ensemble 22, les combine et fournit une valeur de l'énergie à « zéro » logique au bloc de comparaison 33. Les combinaisons peuvent être une simple somme ou toute combinaison linaire comprenant des poids prédéterminés. 30 Le bloc de comparaison 33 comprend un comparateur qui compare alors la valeur de l'énergie à « zéro » logique à la valeur de l'énergie à « un » logigue, pour déterminer ou décider la valeur d'un bit reçu. Si l'énergie à « zéro » logique est supérieure à l'énergie à « un » logigue, le bit 35 reçu a la valeur « zéro », sinon le bit reçu a la valeur « un ».

Un tel récepteur de l'art antérieur qui détermine sur un préambule PRB émis des trajets principaux et combine les réponses reçus de ces trajets principaux, est appelé un récepteur « S-Rake ».

Le flux de bits issus du bloc de comparaison 33 est fourni à un bloc de corrélation du délimiteur de trame 34. Ce bloc de corrélation du délimiteur de trame 34 compare le flux de bits au code SFD du délimiteur de trame et à son complément selon la procédure suivante : Si les derniers bits reçus sont égaux au code SFD du délimiteur de trame, alors la fin du préambule est détectée, et les bits suivants du flux de bits appartiennent aux données utiles DATA de la trame. Ces bits suivant sont alors fournis à un bloc de validation 35. La polarité est alors positive. Si les derniers bits reçus sont égaux au complément à « un » du code SFD du délimiteur de trame, alors la fin du préambule est détectée, et les bits suivants du flux de bits appartiennent aux données utiles DATA de la trame. Ces bits suivant sont alors fournis à un bloc de validation 35. La polarité est négative. Si la polarité est positive, le bloc de compensation de polarité 36 prend les bits du bloc de validation 35, les recopie pour fournir les données DATA.

Si la polarité est négative, le bloc de compensation de polarité 36 prend les bits du bloc de validation 35, les complémente pour fournir les données DATA. Dans ce type de récepteur de l'art antérieur, la synchronisation est effectuée pendant le préambule PRB. La fin du préambule est détectée avec le délimiteur de trame SFD. Et, les données utiles DATA sont ensuite décodées à partir des nouvelles données binaires reçues. Le coût Cref de la synchronisation de ce procédé et 35 récepteur radio vaut : Cref - LPRB + LSFD - Le temps moyen d'acquisition MAT'f (pour « Mean Acquisition Time » en anglais) de ce procédé et récepteur radio est le temps mis pour le récepteur pour se synchroniser sur les bits reçus. Il vaut : MATref = Tb. (LPRB LsFD) La précision de synchronisation s temporelle de ce procédé et récepteur radio vaut : bref = (Tb - Ti)/(Lr-1).

La figure 4 est un schéma représentant un mode de réalisation d'un procédé de synchronisation et de réception d'un récepteur radio selon l'invention. Le récepteur radio de ce procédé comprend par exemple les éléments suivants identiques au récepteur radio de l'art antérieur : - un convertisseur analogique numérique 10, - une interface 11, - un premier ensemble 21 de Lr corrélateurs à « zéro » logique, et - un deuxième ensemble 22 de Lr corrélateurs à 20 « un » logique. Les autres éléments du récepteur radio diffèrent de celui de l'art antérieur. Les premier et deuxième ensembles 21, 22 sont connectés à un bloc de comparaison (ou corrélation) 43. Ce 25 bloc de comparaison 43 comprend Lr comparateurs. Chacun des Lr comparateurs compare la valeur de l'énergie à « zéro » logique d'une cellule du premier ensemble 21 à la valeur de l'énergie à « un » logique de la cellule équivalente du deuxième ensemble 22, pour déterminer ou décider de la 30 valeur d'un bit reçu par la cellule. Si l'énergie à « zéro » logique est supérieure à l'énergie à « un » logigue, le bit reçu par la cellule a la valeur « zéro », sinon le bit reçu par la cellule a la valeur « un ». 35 D'autres méthodes connues de réaliser le bloc de comparaison 43 existent pour fournir des flux de données binaires. Les opérations précédentes des ensembles 21, 22 et du bloc de comparaison 43 correspondent à des démodulations binaires sans synchronisation par préambule PRB, ou plutôt avant synchronisation sur un code SFD d'un délimiteur de trame. Le bloc de comparaison 43 fournit Lr flux de bits reçus B (données binaires) à un bloc de corrélation du délimiteur de trame 44, chaque flux de bits reçu B correspondant à une cellule et donc à un retard temporel T prédéterminé. Le bloc de corrélation du délimiteur de trame 44 effectue pour chacune des Lr cellules la comparaison du flux de bits reçus B de cette cellule au code SFD du 15 délimiteur de trame et à son complément. Si des bits reçus B par une cellule sont égaux au code SFD du délimiteur de trame ou à son complément, la cellule correspondante est sélectionnée, et les bits suivants du flux de bits de la cellule correspondent à des 20 données utiles DATA et ils sont recopiés vers un bloc de validation 45. S'il y a une détection du code SFD du délimiteur de trame, la polarité pour cette cellule est positive. S'il y a une détection du complément du code SFD du 25 délimiteur de trame, la polarité pour cette cellule est négative. S'il n'y a pas de détection d'un code SFD ou de son complément, les bits du flux de bits de la cellule sont forcés à la valeur « zéro » et envoyés vers le bloc de 30 validation 45. Le bloc de corrélation du délimiteur de trame 44 sélectionne donc un nombre Lsync de cellules parmi les Lr cellules, lesdites Lsync cellules ayant toutes détectées le code SFD du délimiteur de trame ou son complément. 35 Le bloc de validation 45 fournit les Lr flux de bits à un bloc de compensation de polarité 46. Si la polarité d'une cellule est détectée positive par le bloc de corrélation du délimiteur de trame 44, le flux de bits pour cette cellule n'est pas modifié. Si la polarité d'une cellule est détectée négative par le bloc de corrélation du délimiteur de trame 44, le flux de bits pour cette cellule est complémenté à « un » par le bloc de compensation de polarité 46. Les L, flux de bits de chaque cellule sont alors reçu par un bloc de choix 47, qui détermine les valeurs des données utiles DATA à partir des ou en combinant les flux de bits des Lsync cellules sélectionnées par le bloc de corrélation du délimiteur de trame 44. Les bits de ces cellules ne sont pas forcés à des valeurs « zéro ». Ce bloc de choix 47 peut procéder de différentes 15 manières. Selon une première variante, le bloc de choix 47 choisi une cellule particulière pour laquelle la valeur de l'énergie à « zéro » logique ou la valeur de l'énergie à « un » logique est la plus grande, parmi les Lsync cellules 20 sélectionnées par le bloc de corrélation du délimiteur de trame 44. Le bloc de choix 47 recopie les bits du flux de bits de ladite cellule particulière choisie, pour fournir les données utiles DATA. Selon une deuxième variante, le bloc de choix 47 25 procède à un vote entre les bits des Lsync cellules sélectionnées par le bloc de corrélation du délimiteur de trame 44, tel que représenté en figure 5. Pour chaque bit du flux de bits, le bloc de choix 47 compte le nombre de bits à « un » N,,' parmi les 30 Lsync cellules. Si le nombre de bits à « un » N,,' est supérieur à Lsync/2 alors le bit correspondant des données utiles DATA doit avoir une valeur de « un », sinon le bit correspondant des données utiles DATA doit avoir une valeur de « zéro ». 35 Cette procédure de vote permet d'utiliser toutes les Lsync cellules synchronisées, c'est-à-dire toutes les contributions des trajets principaux parmi les multi trajets dans le milieu de transmission radio. Grâce à cette procédure le décodage des données utiles DATA est amélioré, le taux de bit erroné est réduit.

Dans le récepteur selon l'invention, la synchronisation est effectuée uniquement pendant délimiteur de trame SFD, simultanément à la détection dans la trame du code SFD signifiant le début des données utiles DATA. La trame est plus courte pour une même quantité de données utiles. Le coût C de la synchronisation vaut : C = LsFD, et C < Cref - Le temps moyen d'acquisition MAT (pour « Mean 15 Acquisition Time » en anglais) est le temps mis pour le récepteur pour se synchroniser sur les bits reçus vaut : MAT = Tb. (LsFD) , et MAT < MATref- La précision de synchronisation s temporelle vaut : s = (Tb - Ti)/(Lr-1), et s = bref. 20 Par conséquent, le coût de la synchronisation C de et le temps moyen d'acquisition MAT sont inférieurs, alors que la précision de synchronisation est identique à l'art antérieur. 25 Les figures 6 et 7 représentent des comparaisons de performances de procédés de synchronisation et de réception de récepteurs radios UWB. Dans ces courbes : - le tracé REF correspond au procédé de l'art antérieur de la figure 1, 30 - le tracé Pl correspond au procédé selon l'invention de la figure 4, utilisant un bloc de choix 47 réalisant un vote sur les données binaires selon la procédure de la figure 5, - les tracés P2, P3 et P4 correspondent à des 35 procédés selon l'invention avec un bloc de choix 47 réalisant une sélection arbitraire d'un flux de données binaires parmi les cellules synchronisées. Tous ces tracés sont fonction d'un rapport signal sur bruit pour distinguer la robustesse de chacun des procédés.

La figure 6 montre ainsi que le procédé selon l'invention permet d'obtenir un taux de détection de trame supérieur au procédé de l'art antérieur (REF). La figure 7 montre ainsi que le procédé selon l'invention avec procédure de vote (Pl) permet d'obtenir un 10 taux de bit erroné inférieur à tous les autres procédés, et notamment inférieur au procédé de l'art antérieur (REF). Par conséquent, le procédé selon l'invention et ses variantes sont plus performantes que le procédé de l'art antérieur.

15 En outre, le procédé selon l'invention peut être implémenté aisément dans un récepteur radio. Ce récepteur radio peut être réalisé dans un circuit à logique programmable, par exemple de type FPGA (pour « Field-Programmable Gate Array » en anglais).

20 Les blocs de corrélation du délimiteur de trame 44, de validation 45, de compensation de polarité 46 et de choix 47 travaillent uniquement avec des données binaires. Bien que le récepteur contienne plus de composants, ceux-ci sont plus simples. Le récepteur a alors une complexité 25 réduite par rapport à un récepteur de l'art antérieur, et une consommation énergétique réduite.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de synchronisation et de réception d'un récepteur radio adapté pour recevoir des données codées sous forme d'impulsions radio dans une trame de bits de données comprenant un délimiteur de trame (SFD) et des données utiles (DATA), ledit procédé comprenant les étapes successives suivantes : - on numérise le signal radio reçu r(t) pour 10 fournir des données numérisées (D), - on met en parallèle les mêmes données numérisées (D) dans un nombre Lr de cellules, Lr étant un nombre entier positif, - on effectue en parallèle des démodulations 15 binaires des mêmes données numérisées (D) contenues dans les Lr cellules pour fournir un même nombre Lr de données binaires démodulées (B), chaque démodulation binaire étant effectuée avec un retard temporel (T) différent, ledit retard temporel étant compris entre zéro et une durée de 20 bit (Tb) d'une des données codées divisée par ledit nombre Lr de données binaires, - on effectue en parallèle des comparaisons des données binaires démodulées avec un délimiteur de trame (SFD) pour détecter dans lesdites données binaires (B) 25 ledit délimiteur de trame (SFD), et déterminer des cellules synchronisés en nombre Lsync parmi les Lr cellules pour lesquelles le délimiteur de trame (SFD) a été détecté, et - on détermine les données utiles (DATA) reçues à partir des données binaires démodulées des Lsync cellules 30 synchronisées, lesdites données utiles (DATA) étant décodées après que le délimiteur de trame (SFD) soit détecté pour ces cellules synchronisées.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel une démodulation binaire est effectuée par les étapes suivantes : - on effectue une corrélation des données numérisées (D) avec un premier modèle correspondant à un « zéro » logique pour déterminer une valeur d'énergie à « zéro » logique, ledit premier modèle correspondant à une impulsion ayant été modulée pour coder une valeur « zéro » et décalée temporellement du retard temporel (T), - on effectue une corrélation des données numérisées (D) avec un deuxième modèle correspondant à un « un » logique pour déterminer une valeur d'énergie à « un » logique, ledit deuxième modèle correspondant à une impulsion ayant été modulée pour coder une valeur « un » et décalée temporellement du retard temporel (T), et - on compare la valeur de l'énergie à « zéro » logique à la valeur de l'énergie à « un » logique pour déterminer la valeur d'un bit d'une donnée binaire (B), ladite valeur de bit étant égale à « zéro » si la valeur de l'énergie à « zéro » logique est supérieure à la valeur de l'énergie à « un » logique, et valeur de bit étant égale à « un » sinon.
3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel chaque corrélation est effectuée par la multiplication des données numérisées (D) avec ledit premier ou deuxième modèle, puis intégration sur une période de temps d'intégration (Ti) pour fournir une valeur d'énergie correspondant audit modèle.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les données utiles (DATA) correspondent aux données binaires démodulées (B) d'une cellule synchronisée particulière, ladite cellule synchronisée particulière étant la cellule synchronisée parmi les Lsync cellules synchronisées pour laquelle ladémodulation binaire produit la plus grande valeur de l'énergie à « zéro » logique ou la plus grande valeur de l'énergie à « un » logique.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les données utiles (DATA) sont déterminées en réalisant un vote sur les bits des données binaires démodulées (B) des Lsync cellules synchronisées par les étapes suivantes : - on compte un nombre Nui, de bit à « un » logique parmi les bits au même instant temporel des données binaires démodulées (B) des Lsyn, cellules synchronisées, et - on compare le nombre N. de bits à « un » logique au nombre Lsync de cellules synchronisées, le bit des données utiles (DATA) étant égal à la valeur « un » logique si Nun > Lsync / 2, et étant égal à la valeur « zéro » logique sinon.
6. 6. Récepteur radio adapté pour recevoir des données codées sous forme d'impulsions radio dans une trame de bits de données comprenant un délimiteur de trame (SFD) et des données utiles (DATA), ledit récepteur radio comprenant : - un convertisseur analogique numérique (10) pour numériser un signal radio reçu r(t) et pour fournir des 25 données numérisées (D), - une interface (11) pour mettre en parallèle les mêmes données numérisées (D) dans un nombre Lr de cellules, Lr étant un nombre entier positif, - un moyen de démodulation binaire (21, 22, 43) 30 pour effectuer en parallèle des démodulations binaires des mêmes données numérisées (D) contenues dans les Lr cellules et pour fournir un même nombre Lr de données binaires démodulées (B), chaque démodulation binaire étant effectuée avec un retard temporel (T) différent, ledit retard 35 temporel étant compris entre zéro et une durée de bit (Tb) d'une des données codées,- un bloc de corrélation du délimiteur de trame (44) pour effectuer en parallèle des comparaisons des données binaires démodulées (B) avec un délimiteur de trame (SFD) pour détecter dans lesdites données binaires démodulées (B) ledit délimiteur de trame (SFD), et déterminer des cellules synchronisés en nombre Lsync parmi les Lr cellules pour lesquelles le délimiteur de trame (SFD) a été détecté, et - un bloc de choix (47) pour déterminer les données 10 utiles (DATA) reçues à partir des données binaires démodulées (B) correspondant aux Lsyric cellules synchronisées, lesdites données utiles (DATA) étant décodées après que le délimiteur de trame (SFD) soit détecté pour ces cellules synchronisées. 15
7. 7. Récepteur radio selon la revendication 6, dans lequel un moyen de démodulation binaire comprend : - un premier ensemble (21) pour effectuer une corrélation des données numérisées (D) avec un premier 20 modèle correspondant à un « zéro » logique et pour déterminer une valeur d'énergie à « zéro » logique, ledit premier modèle correspondant à une impulsion ayant été modulée pour coder une valeur « zéro » et décalée temporellement du retard temporel (T), 25 - un deuxième ensemble (22) pour effectuer une corrélation des données numérisées (D) avec un deuxième modèle correspondant à un « un » logique et pour déterminer une valeur d'énergie à « un » logique, ledit deuxième modèle correspondant à une impulsion ayant été modulée pour 30 coder une valeur « un » et décalée temporellement du retard temporel (T), et - un bloc de comparaison (43) pour comparer la valeur de l'énergie à « zéro » logique à la valeur de l'énergie à « un » logique et pour déterminer la valeur 35 d'un bit d'une donnée binaire (B), ladite valeur de bit étant égale à « zéro » si la valeur de l'énergie à « zéro »logique est supérieure à la valeur de l'énergie à « un » logique, et valeur de bit étant égale à « un » sinon.
8. 8. Récepteur radio selon la revendication 7, dans 5 lequel chaque corrélation est effectuée par la multiplication des données numérisées (D) avec ledit premier ou deuxième modèle, puis intégration sur une période de temps d'intégration (Ti) pour fournir une valeur d'énergie correspondant audit modèle. 10
9. 9. Récepteur radio selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le bloc de choix (47) détermine les données utiles (DATA) en choisissant les données binaires démodulées d'une cellule synchronisée 15 particulière, ladite cellule synchronisée particulière étant la cellule synchronisée parmi les Lsync cellules synchronisées pour laquelle la démodulation binaire produit la plus grande valeur de l'énergie à « zéro » logique ou la plus grande valeur de l'énergie à « un » logique. 20
10. 10. Récepteur radio selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le bloc de choix (47) détermine les données utiles (DATA) en réalisant un vote sur les bits des données binaires démodulées (B) des Lsync 25 cellules synchronisées par les étapes suivantes : - on compte un nombre Nui, de bit à « un » logique parmi les bits au même instant temporel des données binaires démodulées (B) des Lsync cellules synchronisées, et - on compare le nombre Nun de bits à « un » logique 30 au nombre Lsyn, de cellules synchronisées, le bit des données utiles (DATA) étant égal à la valeur « un » logique si Nun > Lsyr, / 2, et étant égal à la valeur « zéro » logique sinon.