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FR3118373A1 - Procédé pour déterminer en aveugle l’instant d’échantillonnage optimal d’un signal modulé MSK et son récepteur - Google Patents

Procédé pour déterminer en aveugle l’instant d’échantillonnage optimal d’un signal modulé MSK et son récepteur Download PDF

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FR3118373A1
FR3118373A1 FR2013955A FR2013955A FR3118373A1 FR 3118373 A1 FR3118373 A1 FR 3118373A1 FR 2013955 A FR2013955 A FR 2013955A FR 2013955 A FR2013955 A FR 2013955A FR 3118373 A1 FR3118373 A1 FR 3118373A1
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complex
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Thales SA
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Abstract

L’invention concerne un procédé et son récepteur pour déterminer en aveugle un instant d’échantillonnage optimal caractérisé en ce qu’il comporte au moins les étapes suivantes : - (301) – calculer une valeur complexe sur peignes d’échantillonnage à disponibles avec - (302) – déterminer la valeur de la phase en prenant l’argument de la valeur complexe où retourne une valeur comprise en et radians, - (303) – appliquer une transformation sur la valeur de phase pour obtenir une valeur correspondant au numéro de peigne d’échantillonnage à conserver parmi les peignes disponibles, - sous-échantillonner le signal complexe avec le numéro de peigne d’échantillonnage obtenu à partir de la valeur retenue. Figure pour l’abrégé : Fig.3

Description

Procédé pour déterminer en aveugle l’instant d’échantillonnage optimal d’un signal modulé MSK et son récepteur
L’invention concerne un procédé permettant de déterminer, sans symbole de référence (i.e. en aveugle), l’instant d’échantillonnage optimal, pour un signal modulé avec la modulation numérique par déplacement de fréquence à phase continue connue sous l’abréviation anglo-saxonne MSK (Minimum Shift Keying). Elle concerne aussi un récepteur mettant en œuvre le procédé selon l’invention.
Dans le domaine du traitement du signal, il est important de connaître l’instant d’échantillonnage optimal pour optimiser le traitement de l’information contenue dans le signal reçu.
Par exemple, pour une modulation linéaire de type modulation d’impulsions en amplitude PAM / modulation d’amplitude en quadrature QAM / modulation par changement de phase PSK, le document de M. Oerder et H. Meyr, intitulé « Digital Filter and Square Timing Recovery », IEEE. Trans. Commun., vol. COM-36, pp. 605-612, May 1988, divulgue une technique permettant d’estimer en aveugle l’instant d’échantillonnage optimal. Cet enseignement ne s’applique toutefois pas aux modulations à phase continue connues sous l’abréviation CPM (Continuous Phase Modulation), et en particulier à la modulation précitée MSK.
De fait, si l’échantillonnage d’un signal modulé MSK est sous-optimal, cela peut engendrer une dégradation des performances de démodulation.
Une solution pour optimiser le traitement du signal reçu est de sur-échantillonner ledit signal, puis de sélectionner le peigne d’échantillonnage le plus vraisemblable, pour éviter une dégradation trop importante des performances de démodulation. Le résultat sera d’autant meilleur que le facteur de sur-échantillonnage sera élevé.
L’idée de la présente invention est de fournir un procédé qui permet de déterminer l’instant d’échantillonnage optimal à utiliser dans un récepteur, pour traiter un signal modulé MSK, la fréquence d’échantillonnage étant connue.
L’invention concerne un procédé pour déterminer en aveugle un instant d’échantillonnage optimal dans un récepteur configuré pour recevoir un signal numérique complexe modulé avec une modulation de type MSK et constitué de blocs de données, chaque bloc comprenant symboles complexes et chaque symbole complexe étant constitué de échantillons complexes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins les étapes suivantes :
– calculer une valeur complexe sur peignes d’échantillonnage à disponibles
avec
– déterminer la valeur de la phase en prenant l’argument de la valeur complexe où retourne une valeur comprise en et radians,
– appliquer une transformation sur la valeur de phase pour obtenir une valeur correspondant au numéro de peigne d’échantillonnage à conserver parmi les peignes disponibles,
– sous-échantillonner le signal complexe avec le numéro de peigne d’échantillonnage obtenu à partir de la valeur retenue.
Pour une valeur non entière, le procédé peut comporter en outre une étape de ré-échantillonnage du signal par interpolation.
L’étape d’interpolation est, par exemple, une interpolation linéaire prenant en compte les deux valeurs entières encadrant la valeur non entière.
La valeur de est choisie au moins égale à trois.
L’invention concerne aussi un récepteur configuré pour déterminer un instant d’échantillonnage pour un signal numérique complexe modulé avec une modulation de type MSK et constitué de blocs de données, chaque bloc comprenant symboles complexes et chaque symbole complexe étant constitué de échantillons complexes, ledit récepteur comprenant un premier étage configuré pour échantillonner un signal modulé MSK suivi d’un deuxième étage de traitement du signal échantillonné caractérisé en ce que ledit premier étage du récepteur est configuré pour exécuter au moins les étapes suivantes :
– déterminer en sommant sur peignes d’échantillonnage à disponibles la valeur

avec
– déterminer la valeur de la phase en prenant l’argument de la valeur complexe où retourne une valeur comprise en et radians,
– appliquer une transformation sur la valeur de phase pour obtenir une valeur correspondant au numéro de peigne d’échantillonnage à conserver parmi les peignes disponibles,
– sous-échantillonner le signal complexe avec le numéro de peigne d’échantillonnage obtenu à partir de la valeur retenue.
Le premier étage du récepteur peut comporter en outre un module de ré-échantillonnage du signal par interpolation, qui peut être un module d’interpolation linéaire.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple non limitatifs et qui représentent, respectivement :
un exemple de structure de récepteur selon l’invention,
une illustration pour les blocs de données, les symboles, les échantillons par symbole,
un exemple d’enchaînement des étapes mises en œuvre au sein du procédé.
Afin de mieux faire comprendre le procédé selon l’invention, l’exemple qui suit est donné pour trouver l’instant d’échantillonnage optimal, pour un récepteur recevant un signal modulé MSK et en l’absence de symboles de référence.
La figure 1 illustre une architecture pour un récepteur 10 recevant un signal complexe , en bande de base, modulé MSK, échantillonné à (avec la fréquence symbole et le nombre d’échantillons par symbole). En sortie du premier étage 11 du récepteur, le signal est un signal complexe, en bande de base, modulé MSK, échantillonné à (i.e. 1 échantillon par symbole), à l’instant d’échantillonnage optimal défini selon le procédé de l’invention. Le signal échantillonné à , à l’instant d’échantillonnage optimal, peut ensuite être transmis à un deuxième étage 12 de traitement du signal.
Le premier étage du récepteur est configuré pour exécuter les étapes du procédé selon l’invention.
Le récepteur peut comporter un module 13 configuré pour réaliser un ré-échantillonnage du signal par interpolation, par exemple par interpolation linéaire.
Le signal complexe , en bande de base, modulé MSK, échantillonné à , est constitué de peignes d’échantillonnage à et peut s’écrire sous la forme suivante :
avec
: nombre de symboles complexes par bloc de données d’indice ,
: nombre d’échantillons complexes par symbole.
Le peigne d’échantillonnage à d’indice correspond aux échantillons .
Le deuxième étage 12 du récepteur comprend des traitements classiques connus de l’homme du métier et ne sera pas détaillé : par exemple, une synchronisation fréquentielle ou une synchronisation phase. Ces exemples de traitement sont donnés à titre illustratif et ne limite pas l’utilisation du procédé selon l’invention avec d’autres traitements.
Le procédé va déterminer l’instant d’échantillonnage optimal pour le traitement du signal complexe , en bande de base, modulé MSK, échantillonné à et reçu par le récepteur 10. Cet instant d’échantillonnage est déterminé en exécutant les étapes qui vont être détaillées ci-après.
Le signal complexe , en bande de base, modulé MSK, contient un ensemble de blocs de données. Chaque bloc comprend un nombre de symboles complexes ; chaque symbole complexe comprend échantillons complexes.
La figure 2 illustre un exemple de format d’un bloc de données d’indice , 20M, comprenant symboles , 210…..21(K-1), un symbole d’indice comprenant échantillons 220…..22(N-1 ).
Par définition, à l’instant d’échantillonnage optimal, un signal modulé MSK possède quatre états possibles déphasés de radians, avec une rotation de +/- radians entre deux symboles successifs.
En multipliant le signal par lui-même, on le fait tourner deux fois plus vite. On obtient ainsi deux états possibles déphasés de radians, avec une rotation de +/- radians entre deux symboles successifs.
En exploitant l’inverse du signal une fois sur deux, on obtient un seul état possible.
En notant les échantillons complexes reçus, échantillonnés à (avec la fréquence symbole et le nombre d’échantillons complexes par symbole), échantillons complexes espacés tous les temps symboles. On dispose pour chaque bloc de données 20M(d’indice ) de échantillons complexes.
Selon l’art antérieur, on calcule la valeur complexe suivante :
Habituellement, le peigne d’échantillonnage à le plus vraisemblable est obtenu en recherchant , avec une fonction qui renvoie la valeur de l’argument qui maximise l’expression .
Le module au carré est habituellement exploité car la rotation de phase est encore inconnue.
Le procédé selon l’invention, au lieu d’exploiter directement le peigne d’échantillonnage à le plus vraisemblable, comme le préconise l’art antérieur, va calculer au niveau du premier étage du récepteur l’instant d’échantillonnage optimal en exécutant au moins les étapes suivantes :
Lors d’une première étape 301, on effectue une somme sur les peignes d’échantillonnage à disponibles :
, qui correspond à une projection des valeurs de dans directions du plan complexe, les directions ayant des phases uniformément réparties entre et .
Puis, lors d’une deuxième étape 302, on calcule la phase, i.e. l’argument de la valeur complexe obtenue lors de la première étape :
, est une fonction qui retourne la phase, i.e. l’argument d’un nombre complexe, dont la valeur est comprise entre et radians.
Une façon d’implémenter cette fonction est d’utiliser la fonction (connue de l’homme du métier) qui retourne une valeur comprise entre - et radians.
Une de radians correspond à un décalage d’un échantillon à .
Le procédé effectue ensuite, lors d’une troisième étape 303, une transformation sur la valeur de phase trouvée lors de la deuxième étape :
correspond à un numéro d’indice qui varie entre et et correspond au numéro de peigne d’échantillonnage à conserver parmi les peignes disponibles.
Le procédé va sous-échantillonner le signal complexe avec le numéro de peigne d’échantillonnage obtenu à partir de la valeur retenue, lors d’une étape 305.
Une valeur égale à correspond à un décalage d’un échantillon du signal échantillonné à .
Dans le cas où la valeur trouvée est une valeur entière, alors l’un des peignes d’échantillonnage à disponibles correspond à l’instant d’échantillonnage optimal ; la valeur indique donc le numéro du peigne d’échantillonnage à qu’il faut conserver parmi les peignes d’échantillonnage disponibles.
Par exemple, pour le peigne d’échantillonnage à d’indice , il faut conserver les échantillons du signal , à partir de l’indice , en ne conservant qu’un échantillon sur . Ce qui s’écrit de la manière suivante : .
Dans le cas où la valeur trouvée n’est pas une valeur entière, lors d’une quatrième étape 304, on va effectuer un ré-échantillonnage du signal par interpolation à l’instant d’échantillonnage optimal correspondant à la valeur . Aucun des peignes d’échantillonnage à disponibles ne correspondant à l’instant d’échantillonnage optimal, il faut calculer de nouveaux échantillons à partir des peignes d’échantillonnage à disponibles.
L’interpolation est, par exemple, une interpolation linéaire du signal , prenant en compte les deux valeurs entières qui encadrent la valeur non entière.
Après échantillonnage à l’instant optimal déterminé par l’exécution des étapes du procédé selon l’invention, on obtient le signal .
La valeur de peut être choisie de façon à simplifier l’implémentation du procédé dans un dispositif. La valeur de est au moins égale à trois.
Le procédé et le récepteur selon l’invention permettent notamment d’obtenir un échantillonnage plus précis du signal et une amélioration dans les traitements postérieurs réalisés sur le signal échantillonné.

Claims (7)

  1. Procédé pour déterminer en aveugle un instant d’échantillonnage optimal dans un récepteur (10) configuré pour recevoir un signal numérique complexe modulé avec une modulation par déplacement de fréquence à phase continue de type MSK et constitué de blocs de données, chaque bloc comprenant symboles complexes et chaque symbole complexe étant constitué de échantillons complexes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins les étapes suivantes :
    - (301) – calculer une valeur complexe sur peignes d’échantillonnage à disponibles

    avec
    - (302) – déterminer la valeur de la phase en prenant l’argument de la valeur complexe où retourne une valeur comprise en et radians,
    - (303) – appliquer une transformation sur la valeur de phase pour obtenir une valeur correspondant au numéro de peigne d’échantillonnage à conserver parmi les peignes disponibles,
    - (305) – sous-échantillonner le signal complexe avec le numéro de peigne d’échantillonnage obtenu à partir de la valeur retenue.
  2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en que pour une valeur non entière, il comporte en outre une étape (304) de ré-échantillonnage du signal par interpolation.
  3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l’étape d’interpolation est une interpolation linéaire prenant en compte les deux valeurs entières encadrant la valeur non entière.
  4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l’on utilise une valeur de au moins égale à trois.
  5. Récepteur (10) configuré pour déterminer un instant d’échantillonnage pour un signal numérique complexe modulé avec une modulation par déplacement de fréquence à phase continue de type MSK et constitué de blocs de données, chaque bloc comprenant symboles complexes et chaque symbole complexe étant constitué de échantillons complexes, ledit récepteur (10) comprenant un premier étage (11) suivi d’un deuxième étage (12) de traitement du signal échantillonné caractérisé en ce que ledit premier étage (11) du récepteur est configuré pour exécuter au moins les étapes suivantes :
    – déterminer en sommant sur peignes d’échantillonnage à disponibles la valeur

    avec
    – déterminer la valeur de la phase en prenant l’argument de la valeur complexe où retourne une valeur comprise en et radians,
    – appliquer une transformation sur la valeur de phase pour obtenir une valeur correspondant au numéro de peigne d’échantillonnage à conserver parmi les peignes disponibles,
    - sous-échantillonner le signal complexe avec le numéro de peigne d’échantillonnage obtenu à partir de la valeur retenue.
  6. Récepteur selon la revendication 5 caractérisé en ce que le premier étage (11) comprend un module (13) configuré pour réaliser un ré-échantillonnage du signal par interpolation.
  7. Récepteur selon la revendication 6 caractérisé en ce que le module (13) est un module d’interpolation linéaire.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180034676A1 (en) * 2013-08-30 2018-02-01 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Method and apparatus for transmitting a signal

Patent Citations (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Non-Patent Citations (3)

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Title
GUDOVSKIY DENIS A ET AL: "A Novel Nondata-Aided Synchronization Algorithm for MSK-Type-Modulated Signals", IEEE COMMUNICATIONS LETTERS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 19, no. 9, 1 September 2015 (2015-09-01), pages 1552 - 1555, XP011669144, ISSN: 1089-7798, [retrieved on 20150914], DOI: 10.1109/LCOMM.2015.2448535 *
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