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WO2016097034A1 - Récepteur multi-standard et procédé de traitement associé - Google Patents

Récepteur multi-standard et procédé de traitement associé Download PDF

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Publication number
WO2016097034A1
WO2016097034A1 PCT/EP2015/080065 EP2015080065W WO2016097034A1 WO 2016097034 A1 WO2016097034 A1 WO 2016097034A1 EP 2015080065 W EP2015080065 W EP 2015080065W WO 2016097034 A1 WO2016097034 A1 WO 2016097034A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
interest
branch
filter
channel
channels
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/080065
Other languages
English (en)
Inventor
Olivier Romain
Brunel HAPPI TIETCHE
Bruce Denby
Original Assignee
Universite Cergy-Pontoise
Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs)
Universite Pierre Et Marie Curie (Paris 6)
Ensea - Ecole Nationale Supérieure De L'electronique Et De Ses Applications
Ecole Superieure De Physique Et De Chimie Industrielles De La Ville De Paris
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universite Cergy-Pontoise, Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs), Universite Pierre Et Marie Curie (Paris 6), Ensea - Ecole Nationale Supérieure De L'electronique Et De Ses Applications, Ecole Superieure De Physique Et De Chimie Industrielles De La Ville De Paris filed Critical Universite Cergy-Pontoise
Publication of WO2016097034A1 publication Critical patent/WO2016097034A1/fr

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/0003—Software-defined radio [SDR] systems, i.e. systems wherein components typically implemented in hardware, e.g. filters or modulators/demodulators, are implented using software, e.g. by involving an AD or DA conversion stage such that at least part of the signal processing is performed in the digital domain
    • H04B1/0007—Software-defined radio [SDR] systems, i.e. systems wherein components typically implemented in hardware, e.g. filters or modulators/demodulators, are implented using software, e.g. by involving an AD or DA conversion stage such that at least part of the signal processing is performed in the digital domain wherein the AD/DA conversion occurs at radiofrequency or intermediate frequency stage
    • H04B1/001—Channel filtering, i.e. selecting a frequency channel within the SDR system
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/005—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges
    • H04B1/0064—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges with separate antennas for the more than one band

Definitions

  • the invention relates to software radio (in English, "Software Radio") which is a radio receiver essentially made by software and more particularly relates to a multi-standard receiver.
  • SDR Software Defined Radio
  • a standard is the set constituted by a given frequency band and with a standardized format of broadcast and data transmission which is allocated to it.
  • a station is a frequency channel comprising a signal of interest to be demodulated.
  • the software radio is reception and / or transmission system in which part (more or less majority) of the treatments is made or controlled in a software way.
  • software radio is a signal processing approach that consists in digitizing all or part of the processing that is intended for a given radiocommunication or telecommunication standard.
  • Such a receiver then has a "hardware” part which is the electronic reception circuitry and a software "software” part.
  • a problem is when stations are non-uniformly dispersed over a bandwidth corresponding to a standard, the receiver can extract only uniformly distributed channels so that it extracts channels that do not correspond to a station. This involves unnecessary processing in terms of software (software) and hardware circuitry significant hardware.
  • the invention makes it possible to extract for each standard all the non-uniformly dispersed stations with a view to their demodulation simultaneously.
  • each filter being centered on a central frequency of a channel of interest Q j , the filtering being performed to extract a plurality of sub-bands Si j each centered on the center frequency of a channel of interest Q j and having a width greater than that of the corresponding channel of interest Q j .
  • the invention is advantageously completed by the following characteristics, taken alone or in any of their technically possible combination.
  • the extracted subbands Sq have a width equal to or greater than twice that of the corresponding channel of interest Q j .
  • the value ki is defined as follows:
  • the method comprises a step of extracting the channels of interest consisting of transposing the extracted channels into baseband, aggregating the transposed channels and successively filtering each channel thus transposed by means of a single filter.
  • Lp is the length of the filter and being a multiple of Kp.
  • the length of the filter Lp is chosen so that it is sufficiently high for a bandwidth of the low pass filter hp to be equal to the width of each channel to be extracted B out and so that the transition band of the low pass filter be less than or equal to B or t.
  • the invention relates to a method of processing a plurality of received analog signals xi comprising several channels of interest C3 ⁇ 4 having a frequency width over a given frequency band, each analog signal xi being processed in parallel by means of a method according to the first or second aspect of the invention.
  • Each reception stage of the receiver according to the fourth aspect of the invention comprises a broadband antenna adapted to a given frequency band Afi followed by a low noise amplifier, a band pass filter whose bandwidth corresponds to the band of given frequency and an analog-to-digital converter, a channel extraction circuit and a demodulation circuit for simultaneously and simultaneously demodulating all the channels in order to obtain demodulated data.
  • the receiver provides a time frame y, (k) of length Kp, Kp being an integer greater than or equal to at N.
  • each filter being centered on a center frequency of a channel of interest Cij, the filtering being performed to extract a plurality of sub-bands Sij each centered on the center frequency of a channel of interest Cij and having a width greater than that of the corresponding channel of interest Cij.
  • the extraction circuit comprises a plurality of branches, a first branch comprising a WOLA unit, the other branch (s) comprising a digital input controlled oscillator configured to frequency transpose the received digital signal, said controlled oscillator by digital input being followed by a WOLA unit, said extraction circuit further comprising N filter units each implementing a Goertzel filter so as to extract a subband S, ] , the WOLA units being each connected to said units. filtering;
  • n Ceil (log (B IN / (2 ⁇ )) / log (2)) where "Ceil” represents the roundness by excess, B IN is the bandwidth of the incoming signal and B out is the width of each channel to be extracted;
  • the receiver has several WOLA units and N filter units, each implementing a Goertzel filter to extract a subband;
  • the receiver has several reception stages ERi, each reception stage ERi being processed by several WOLA units;
  • the invention relates to a computer program product comprising code instructions for the execution of a method according to the invention, when the latter is executed by a processor and in particular an FPGA type component.
  • the advantages of the invention are manifold. Thanks to the invention, it is possible to have access to all broadcast radio channels broadcast, simultaneously and in parallel.
  • the invention makes it possible to extract for each standard channels of homogeneous width dispersed non-uniformly.
  • the invention allows simultaneous demodulation of all non-uniformly dispersed channels in the radio and television broadcasting tapes and recording all the demodulated streams on a hardware medium (hard disk, etc.).
  • the invention allows:
  • the invention makes it possible: to replace several demodulation circuits by a single circuit, to propose new monitoring services to qualify the reception, by exploiting the demodulated flows.
  • the invention makes it possible: to record all the radio and television streams broadcast during a defined period, to define new radio and television services on demand by exploiting the streams broadcast in real time or recorded.
  • Figure 1 illustrates a receiver according to the invention
  • Figure 2 illustrates a portion of a receiver of the invention
  • FIG. 3 illustrates steps of a method according to the invention
  • FIG. 4 illustrates in detail parts of a receiver according to the invention
  • FIG. 5 illustrates a positioning of several channels of interest with respect to extracted subbands involved in a method according to the invention
  • Figure 6 illustrates the architecture of the invention
  • FIG. 7 illustrates an arrangement of the extracted channels by means of a receiver according to the invention.
  • similar references bear identical references.
  • a receiver based on software radio essentially comprises at least one reception stage ER 1 , ER 2 , ER 3 , ER M , each stage comprising a broadband antenna li, 1 2 , I 3 , 1 M , adapted to a given frequency band Afl, Af2, Af3, AfM followed by a low noise amplifier 2 2 2 , 2 3 , 2 M , an analog mixer 2, 2 ' 2 , 2' 3 , 2 ' M to bring back at zero-IF bands at intermediate frequency (for example FM: 87 to 108 MHz, DRM +: 30 to 174 MHz), a band pass filter 3i, 3 2 , 3 3 , 3 M whose bandwidth corresponds at the given frequency band Afl, Af2, Af3, AfM (for example: DRM30: 0 to 30 MHz, AM: 0 to 27 MHz) and an analog / digital converter 4i, 4 2 , 4 3 , 4 M.
  • the receiver comprises a
  • the advantage of the receiver of the invention is that there is only one channel extraction circuit 5 and a single demodulation circuit 6.
  • the channel extraction and demodulation circuits are defined according to the application. Depending on the computing power required, they may be a DSP (in English, “Digital Signal Processor”), an FPGA (English, “Field-Programmable Gathe Array”), a multi-core microprocessor or a GPU (in English). English, “Graphics Processing Unit”).
  • DSP Digital Signal Processor
  • FPGA Field-Programmable Gathe Array
  • GPU GPU
  • FIG. 2 illustrates the schematic architecture of the channel extraction circuit 5 implementing steps of a method described below with reference to FIG. 3, implemented in a calculation unit (not represented).
  • the channel extraction circuit 5 comprises two parts: a first part 51 which makes it possible to extract sub-bands Sij and a second part 52 which makes it possible to extract channels of interest Cij.
  • Each channel of interest Cij has a frequency width Af j (Afi j that can vary significantly from one standard to another, but being constant for the same standard and being equal to the maximum width of a station of the standard; for example 10 khz for the AM band).
  • the digitized signal XI then enters (see FIG. 2) in the channel extraction circuit 5 and is weighted E4 by the coefficients of a finite impulse response filter hp of length Lp of bandwidth Le and of total width Fs / 2 which is a sampling frequency defined by the analog / digital converter, upstream, as a function of the frequency band Afl with a predetermined attenuation allowing the rejection of unwanted frequency bands.
  • the filtering step E4 is implemented by means of an impulse response filter h p (.), The signal y, (k) obtained at the end of the summing step E6 being
  • Lp is the length of the filter.
  • WOLA in English, "Weighted OverLapp and Add Filterbank" for performing the pre-processing required for a filter bank (multiplication of the signal by the impulse response of the channel filter and time folding).
  • These filterings are implemented by means of several so-called Goertzel filtering units 520 operating in parallel, each implementing a Goertzel filter.
  • Goertzel filtering consists, using an infinite impulse response filter, in calculating the precise value of the fourier transform of a signal at a given frequency. It makes it possible to dispense with the calculation of the complete FFT of a signal if few frequencies are of interest.
  • the first part 51 formed by the unit WOLA 510 and the filtering units 520 thus have the objective of generating frequency sub-bands Sg which include the desired channels of interest Qj.
  • Each extracted subband Sg is wider than the width of the corresponding channel of interest and depends on the width of the filter used.
  • an extracted subband can have a width twice that of the corresponding channel of interest Qj.
  • Figure 4 illustrates in detail a WOLA 510 unit followed by N Goertzel filters (N filter units 520).
  • the symbol a - b represents a counter from a to b
  • the elements referenced by ⁇ represent a delay of Kp
  • the elements ROMi are memories of the coefficients Kp (il) to Kp.i of the impulse response of the filter of impulse response h p .
  • the coefficients are numbered from 1 to Kp.
  • the method then comprises a step of extractions E8 of the channels of interest Cij.
  • Such extraction is implemented with an architecture 52 of the "Per Channel” type.
  • the "Per Channel” architecture consists of a frequency transposition via a DDC (Direct Down Converter) and a low-pass filtering to recover the frequency band transposed to zero.
  • This step consists of transposing the extracted subbands E81 to baseband, aggregating E82 the subbands Sg thus transposed and filtering E83 successively each subband Sg thus transposed by means of a single impulse response filter hg.
  • the WOLA 510 unit consists of extracting sub-bands Sg each comprising a channel of interest.
  • the finer the resolution on the position of the channels Qj the higher the resolution of the unit WOLA 510 - that is to say the number K P - is large.
  • each extracted subband Sg is set at twice that of the channels of interest.
  • the aim is that the subband extracted contains at least one channel of interest Q j sought. It will be understood that compared to the implementation in the prior art of the WOLA algorithm, an FFT is replaced by a Goertzel filter.
  • the operations implemented by the WOLA unit 510 based on the WOLA algorithm correspond to the multiplication of the input signal by the impulse response of the filter and an overlap (in English, "overlapping") time of a factor Kp.
  • the signal multiplied by the filter is cut into blocks of length Kp and added together so as to produce at the output of the WOLA unit 510, a time frame of length Kp.
  • the coefficients of the filter are recorded in ROMs (in English, "Read-Only-Memory", for ROM).
  • each Goertzel unit implements a Goertzel filter centered at the frequency ki / Kp.
  • the programming of ki / kp depends on the spacing of the channels.
  • Lg 115 is sufficient to take a signal with a 40 dB attenuation of the rejected bands, with a Kaiser filter and a transition bandwidth equal to one-tenth of that of the desired channel of interest.
  • the channel (s) contained in each sub-band is (are) brought back (step E81) to zero-FI thanks to the sinusoidal signal emitted by a NCO (in English, "Numerically Controlled Oscillator” for oscillator controlled by digital input). Since the position in the spectrum of the channels to be extracted is known a priori, it is easy to determine the frequency of each sinusoidal signal and to fix it. The most obvious way to do this is to implement an NCO and multiplier per extracted channel. However, to reduce the number of multipliers, only one is used.
  • the extraction of the subbands described above performs a first division into K P blocks whose possible positions are fixed and uniformly spaced.
  • the spacing of these possible positions being F s / K P , this amounts to leaving, between each possible cut block, a space of the same width as the cut block.
  • FIG. 5 illustrates this configuration according to which there are three channels of interest Cu, C 12 , C 13 and three sub-bands extracted Su, S i 2 , S i 3 .
  • the first subband Su includes and envelops the first channel of interest Cu
  • the second channel of interest C i2 is between two sub-bands Su
  • the third channel of interest C i3 is as for him at the edge of the third sub-band S i3 .
  • i and ⁇ are integers that indicate the centers of the subbands.
  • the first branch branch includes a WOLA 510 unit followed by 520 Goertzel filter units
  • the second branch 'Branch 2' includes an NCO followed by a WOLA 510 unit followed by 520 Goertzel filter units
  • the third branch 'Branch 3' includes an NCO followed by a WOLA 510 unit followed by 520 Goertzel filter units;
  • the fourth branch 'Branch 4' includes an NCO followed by a WOLA unit
  • a subband Sg obtained at the end of the filtering step E7 by Goertzel filters is given by the following functional:
  • the calculation of ki makes it possible to find all the channels to extract from the FFT and not to retain the empty channels of the FFT.
  • the NCOs of the branches 'Branch 2', 'Branch 3', 'Branch 4' respectively generate the sinusoids of frequencies F s / 4K P , F s / 2K P and F s / 2Kp + F s / 4Kp (Hz).
  • the other parameters used in the invention are determined as follows.
  • the invention thus uses the same coefficient Kp of the FFT but for Goertzel filters.
  • the length Lp of the low pass filter hp implemented in the unit WOLA is a multiple of Kp and, particularly advantageously, this length Lp is chosen sufficiently high that the bandwidth of the low pass filter hp is equal to Bt, the band transition of the low-pass filter is less than or equal to B out and the attenuation in the rejected band is greater than or equal to A stop (that is to say the desired attenuation on the rejected channels); for example for a Kaiser type filter, Lp is chosen equal to 16384 for attenuation of 40 dB minimum for the DRM30 channels.
  • the length of the filter implemented in the "per channel" type architecture is such that the filter bandwidth is equal to Bout, the filter transition band is much smaller than Bout and the attenuation in the rejected band is greater than or equal to
  • FIG. 7 illustrates the extraction of the channels via this four-branch architecture.
  • the Cu channel of interest is correctly extracted by the branch 'Branch (the envelope web under the channel Cu) but not the C i2 and C 3 channels.
  • the branch 'Branch 3' extracts the channel C i2 correctly and it is the branch 'Branch 4' which extracts the channel C i3 correctly.
  • demodulator 6 is made in parallel from a demodulator which is duplicated identically according to the total number of channels to extract.
  • This demodulator is an optimized architecture for a given standard.
  • the demodulator circuit is:
  • AM amplitude modulation
  • FM Frequency Modulation
  • band DRM + OFDM type angular modulation and transmission in band 30 at 174 MHz: a MIPS processor + demodulation software;
  • DAB band OFDM type modulation and 80 to 170 MHz band transmission
  • MIPS + demodulation software For the DAB band (OFDM type modulation and 80 to 170 MHz band transmission): a MIPS + demodulation software;
  • the broadcast band considered is the approximate sum of the portions of broadcast bands brought back to the baseband.
  • the Kp values are therefore a function of each frequency band and the device according to the invention can therefore process several frequency bands at the same time with different Kp's.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Circuits Of Receivers In General (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement d'au moins un signal analogique reçu χi, i=1 à M, comprenant une pluralité de N canaux d'intérêts Cij avec j=1 à N, ayant une largeur fréquentielle Δfij sur une bande de fréquence donnée Δfi, M étant un entier supérieur ou égal à un, N étant un entier supérieur ou égal à 2, le procédé comprenant les étapes suivantes : -numérisation du signal analogique reçu pour fournir un signal numérique Xi; -application d'un algorithme WOLA sur le signal numérique Xi pour fournir une trame temporelle yi(k) de longueur Kp, Kp étant un entier supérieur ou égal à N; -filtrage de chaque élément de la trame temporelle yi(k) avec k=1..., Kp, au moyen de N filtres de Goertzel opérant en parallèle, chaque filtre étant centré sur une fréquence centrale d'un canal d'intérêt Cij, le filtrage étant réalisé pour extraire une pluralité de sous-bandes Sij chacune centrée sur la fréquence centrale d'un canal d'intérêt Cij et ayant une largeur supérieure à celle du canal d'intérêt Cij correspondant.

Description

Récepteur multi-standard et procédé de traitement associé DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L'invention concerne la radio logicielle (en anglais, « Software Radio ») qui est un récepteur radio essentiellement réalisé par logiciel et concerne plus particulièrement un récepteur multi-standard.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Avec l'expansion de la radio et le développement de nouveaux standards enrichissant la diversité et la quantité de données contenues sur les ondes de radiodiffusion, la radio logicielle (en anglais, « Software Defined Radio », (SDR)) a ouvert la voie de la versatilité des récepteurs. En effet, la radio logicielle permet d'envisager au sein d'un même dispositif un démodulateur multi-stations multi-standards. On précise qu'un standard est l'ensemble constitué par une bande de fréquence donnée et avec un format normalisé de diffusion et de transmission de données qui lui est alloué. On précise aussi qu'une station est un canal fréquentiel comprenant un signal d'intérêt à démoduler.
La radio logicielle est système de réception et/ou d'émission dans lequel une partie (plus ou moins majoritaire) des traitements est faite ou contrôlée de façon logicielle. Dans le cadre de la réception, la radio logicielle est une approche de traitement du signal qui consiste à numériser tout ou partie des traitements qui sont destinés à un standard de radiocommunication ou de télécommunication donné. Un tel récepteur possède alors une partie « hardware » qui sont la circuiterie électronique de réception et une partie « software » logicielle.
On connaît du document WO 2008/14278 un récepteur multi-standard utilisant l'algorithme WOLA+FFT.
Un problème est lorsque des stations sont dispersées non uniformément sur une largeur de bande correspondant à un standard, le récepteur ne peut extraire que des canaux uniformément répartis de sorte que qu'il extrait des canaux qui ne correspondent pas à une station. Ceci implique des traitements inutiles en termes de logiciel de calcul (software) et une circuiterie électronique importante en termes de hardware.
PRESENTATION DE L'INVENTION
L'invention permet d'extraire pour chaque standard toutes les stations dispersées non- uniformément en vue de leur démodulation de manière simultanée. A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, un procédé de traitement d'au moins un signal analogique reçu x,, i=l à M, comprenant une pluralité de N canaux d'intérêts Qj avec j=l à N, ayant une largeur fréquentielle Afij sur une bande de fréquence donnée Afi, M étant un entier supérieur ou égal à un, N étant un entier supérieur ou égal à 2, le procédé comprenant les étapes suivantes :
-numérisation du signal analogique reçu pour fournir un signal numérique X, ;
-application d'un algorithme WOLA sur le signal numérique X, pour fournir une trame temporelle y,(k) de longueur Kp, Kp étant un entier supérieur ou égal à N ;
-filtrage de chaque élément de la trame temporelle yi(k) avec k= l..., Kp, au moyen de N filtres de Goertzel opérant en parallèle, chaque filtre étant centré sur une fréquence centrale d'un canal d'intérêt Qj, le filtrage étant réalisé pour extraire une pluralité de sous- bandes Sij chacune centrée sur la fréquence centrale d'un canal d'intérêt Qj et ayant une largeur supérieure à celle du canal d'intérêt Qj correspondant.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible.
Les sous-bandes extraites Sq ont une largeur égale ou supérieure à deux fois celle du canal d'intérêt correspondant Qj.
Une sous-bande obtenue à l'issue de l'étape de filtrage (E7) par des filtres de Goertzel est donné par la fonctionnelle S,j(n) suivante : Sij(n)=yi(n)-Wi(ki).yi(n-l)+Ti(ki)Sij(n- l)-Sij(n-2) avec
Figure imgf000004_0001
avec i=l,...,N, les coefficients ki étant les coefficients du filtre de Goertzel, N étant le nombre de canaux d'intérêts Cij, n étant un entier supérieur ou égal à deux.
La valeur ki est définie de la manière suivante :
Figure imgf000004_0002
CENTJ
posi = — 0,5
L aout 1
avec |aj la partie entière de a, CENTj la fréquence centrale du canal d'intérêt Cij et Bout est la largeur du canal d'intérêt Qj
si posi modulo 4 = 0 alors branche = 2;
sinon si pos, modulo 4 = 1 alors branche = 3;
sinon si pos, modulo 4 = 2 alors branche = 4;
- sinon branche = 1;
et
si branche=l alors : ki = (pos, + 1)*Β0υτ
sinon ki = pos\*B0ur
avec BOUT la largeur de chaque canal d'intérêt. Le procédé comprend une étape d'extraction des canaux d'intérêts consistant à transposer en bande de base les canaux extraits, à agréger les canaux transposés et à filtrer successivement chaque canal ainsi transposé au moyen d'un unique filtre.
L'étape de filtrage est mise en œuvre au moyen d'un filtre de réponse impulsionnelle h(.), le signal yi(k) obtenu à l'issu de l'étape de sommation étant
Kp-l
yi(k) = ^ ^ + ^ j) * ^†^ ])
X,(.) étant le signal numérique, Lp est la longueur du filtre et étant un multiple de Kp.
La valeur Kp est égal à 2n, ou n= Ceil( log ( BIN / (2 x Bout) ) / log(2) ) où « Ceil » représente l'arrondi par excès, BiN est la bande passante du signal entrant et Bout est la largeur de chaque canal à extraire.
La longueur du filtre Lp est choisi de sorte qu'elle soit suffisamment élevée pour qu'une bande passante du filtre passe bas hp soit égale à la largeur de chaque canal à extraire Bout et de sorte que la bande de transition du filtre passe bas soit inférieure ou égale a Bout.
Selon un second aspect, l'invention concerne un procédé de traitement d'au moins un signal analogique reçu x,, i=l à M, comprenant une pluralité de N canaux d'intérêts C¾ avec j=l à N, ayant une largeur fréquentielle Afij sur une bande de fréquence donnée Afij, le procédé comprenant les étapes suivantes :
numérisation du signal analogique reçu pour fournir un signal numérique X, ;
le procédé comprenant en outre les étapes suivantes mises en œuvre en parallèle :
selon une première branche,
application d'un algorithme WOLA et filtrage tels que définis dans le procédé selon le premier aspect de l'invention ;
selon au moins une seconde branche
transposition en fréquence du signal numérique Xi; et sur le signal numérique ainsi transposé ;
application d'un algorithme WOLA et filtrage tels que définis dans le procédé selon le premier aspect de l'invention.
Selon un troisième aspect, l'invention concerne un procédé de traitement d'une pluralité de signaux analogiques reçu xi comprenant plusieurs canaux d'intérêts C¾ ayant une largeur fréquentielle sur une bande de fréquence donnée, chaque signal analogique xi étant traité en parallèle au moyen d'un procédé selon les premier ou second aspect de l'invention.
Selon un quatrième aspect, l'invention concerne un récepteur basé sur de la radio logicielle comprenant au moins un étage de réception ERi avec i=l à M, avec M étant un entier supérieur ou égal à un, chaque étage est configuré pour recevoir un signal analogique comprenant une pluralité de N canaux d'intérêts Qj avec i=l à M et j=l à N et un circuit d'extraction desdits canaux configuré pour mettre en œuvre un procédé selon les premier, second ou troisième aspect de l'invention.
Chaque étage de réception du récepteur selon le quatrième aspect de l'invention comprend une antenne large bande adaptée à une bande fréq uentielle donnée Afi suivie d'un amplificateur faible bruit, d'un filtre passe bande dont la bande passante correspond à la bande de fréquence donnée et d'un convertisseur analogique / numérique, d'un circuit d'extraction de canaux et un circuit de démodulation pour démoduler parallèlement et simultanément tous les canaux afin d'obtenir des données démodulées.
De manière avantageuse, le circuit d'extraction comprend une première partie qui permet d'extraire des sous-bandes Sg et une seconde partie qui permet d'extraire des canaux d'intérêts Qj, j=l à N, avec N étant un entier supérieur ou égal à 2, les canaux ayant une largeur fréquentielle Afa sur une bande de fréquence donnée Af.
En outre, par application d'un algorithme WOLA par au moins une unité WOLA sur un signal numérique X, sortant du convertisseur analogique/numérique le récepteur fournit une trame temporelle y,(k) de longueur Kp, Kp étant un entier supérieur ou égal à N.
Ensuite, par filtrage de chaque élément de la trame temporelle y,(k) avec k= l..., Kp, au moyen de N filtres de Goertzel opérant en parallèle, chaque filtre étant centré sur une fréquence centrale d'un canal d'intérêt Qj, on extrait une pluralité de sous-bandes Sg chacune centrée sur la fréquence centrale d'un canal d'intérêt Qj et ayant une largeur supérieure à celle du canal d'intérêt Qj correspondant.
En d'autres termes, la présente invention concerne un récepteur basé sur de la radio logicielle comprenant au moins un étage de réception ERi avec i=l à M, avec M étant un entier supérieur ou égal à un, chaque étage comprenant une antenne large bande adaptée à une bande fréquentielle donnée Afi suivie d'un amplificateur faible bruit, d'un mélangeur analogique, pour ramener à zéro-FI des bandes se trouvant à fréquence intermédiaire, d'un filtre passe bande dont la bande passante correspond à la bande de fréquence donnée Afi et d'un convertisseur analogique / numérique, d'un circuit d'extraction de canaux et un circuit de démodulation pour démoduler parallèlement et simultanément tous les canaux afin d'obtenir des données démodulées,
le circuit d'extraction comprenant : une première partie qui permet d'extraire des sous- bandes Sij et une seconde partie qui permet d'extraire des canaux d'intérêts Cij, j=l à N, avec N étant un entier supérieur ou égal à deux, les canaux ayant une largeur fréquentielle Afij sur une bande de fréquence donnée Afi, par application d'un algorithme WOLA par au moins une unité WOLA sur le signal numérique Xi sortant du convertisseur analogique/numérique pour fournir une trame temporelle yi(k) de longueur Kp, Kp étant un entier supérieur ou égal à N ;
et par filtrage de chaque élément de la trame temporelle yi(k) avec k=l..., Kp, au moyen de N filtres de Goertzel opérant en parallèle, chaque filtre étant centré sur une fréquence centrale d'un canal d'intérêt Cij, le filtrage étant réalisé pour extraire une pluralité de sous- bandes Sij chacune centrée sur la fréquence centrale d'un canal d'intérêt Cij et ayant une largeur supérieure à celle du canal d'intérêt Cij correspondant.
Avantageusement, le récepteur présente plusieurs unités WOLA.
Avantageusement, le récepteur présente plusieurs étages de réception ERi, chaque étage de réception ERi étant traité par plusieurs unités WOLA.
Avantageusement :
le circuit d'extraction comprend une pluralité de branches, une première branche comprenant une unité WOLA, la ou les autre(s) branche(s) comprenant un oscillateur contrôlé par entrée numérique configuré pour transposer en fréquence le signal numérique reçu, ledit oscillateur contrôlé par entrée numérique étant suivi d'une unité WOLA, ledit circuit d'extraction comprenant en outre N unités de filtrage chacune implémentant un filtre de Goertzel de manière à extraire une sous-bande S,], les unités WOLA étant chacune connectée auxdites unités de filtrage ;
- une trame temporelle en sortie de WOLA yi(k) de longueur Kp, Kp étant un entier supérieur ou égal à N, est obtenue avec un Kp égal à 2n, ou n= Ceil( log ( BIN / (2 x Bout) ) / log(2) ) où « Ceil » représente l'arrondi par excès, BIN est la bande passante du signal entrant et Bout est la largeur de chaque canal à extraire ;
le récepteur présente plusieurs unités WOLA et N unités de filtrage, chacune implémentant un filtre de Goertzel pour extraire une sous bande ;
le récepteur présente plusieurs étages de réception ERi, chaque étage de réception ERi étant traité par plusieurs unités WOLA ;
le récepteur fonctionne pour les bandes de fréquence respectivement AM, FM, DAB/DAB+/T-DMB, DRM30, DRM+, DVB-T, DVB-C, un Kp respectivement égal à : 2048, 64, 32, 1024, 1024, 32, 32.
Selon un cinquième aspect, l'invention concerne un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution de un procédé selon l'invention, lorsque celui-ci est exécuté par un processeur et notamment un composant de type FPGA.
Les avantages de l'invention sont multiples. Grâce à l'invention, il est possible de pouvoir avoir accès à tous les canaux de radio et télédiffusion diffusés, de manière simultanée et en parallèle.
En particulier, l'invention permet d'extraire pour chaque standard des canaux de largeur homogène dispersés non uniformément.
L'invention permet une démodulation simultanée de tous les canaux dispersés non- uniformément dans les bandes de radio et télédiffusion et d'enregistrer tous les flux démodulés sur un support matériel (disque dur, etc.).
Dans le domaine automobile et les autoradios, l'invention permet :
de remplacer plusieurs circuits de démodulation par un unique circuit, d'augmenter l'interactivité avec les usagers par l'exploitation des flux en parallèle
de diffuser plusieurs flux à différents usagers au sein de l'automobile Dans le domaine des professionnels de la diffusion, l'invention permet : de remplacer plusieurs circuits de démodulation par un unique circuit, de proposer de nouveaux services de monitoring pour qualifier la réception, par l'exploitation des flux démodulés.
Dans le domaine grand public avec les boîtiers d'accès Internet, l'invention permet : d'enregistrer tous les flux radio et télé diffusés pendant une période définie, de définir de nouveaux services de radio et télé à la demande par l'exploitation des flux diffusés en temps réel ou enregistrés.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 illustre un récepteur conforme à l'invention ;
la figure 2 illustre une partie d'un récepteur de l'invention ;
la figure 3 illustre des étapes d'un procédé conforme à l'invention ; la figure 4 illustre en détails des parties d'un récepteur conforme à l'invention ; la figure 5 illustre un positionnement de plusieurs canaux d'intérêts par rapport à des sous-bandes extraites impliqués dans un procédé conforme à l'invention ; la figure 6 illustre l'architecture de l'invention ;
la figure 7 illustre un agencement des canaux extraits au moyen d'un récepteur conforme à l'invention. Sur l'ensemble des figures, les références similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En relation avec la figure 1, un récepteur basé sur de la radio logicielle comprend essentiellement au moins un étage de réception ERi, ER2, ER3, ERM, chaque étage comprenant une antenne large bande li, 12, I3, 1M, adaptée à une bande fréquentielle donnée Afl, Af2, Af3, AfM suivie d'un amplificateur faible bruit 2 22, 23, 2M, d'un mélangeur analogique 2 , 2'2, 2'3, 2'M pour ramener à zéro-FI des bandes se trouvant à fréquence intermédiaire (par exemple FM : 87 à 108 MHz, DRM+ : 30 à 174 MHz), d'un filtre passe bande 3i, 32, 33, 3M dont la bande passante correspond à la bande de fréquence donnée Afl, Af2, Af3, AfM (par exemple : DRM30 : 0 à 30 MHz ; AM : 0 à 27 MHz) et d'un convertisseur analogique / numérique 4i, 42, 43, 4M. En outre, le récepteur comprend un circuit 5 d'extraction de canaux et un circuit 6 de démodulation pour démoduler parallèlement et simultanément tous les canaux afin d'obtenir des données démodulées.
L'intérêt du récepteur de l'invention est qu'il n'y a qu'un seul circuit 5 d'extraction de canaux et un seul circuit 6 de démodulation.
En revanche, il y a autant d'amplificateurs, de filtres passe bande et de convertisseurs numériques analogiques que de bandes fréquentielles Afl, Af2, Af3, AfM.
Les circuits d'extraction des canaux et de démodulation sont définis en fonction de l'application. En fonction de la puissance de calcul nécessaire, ils peuvent être un DSP (en anglais, « Digital Signal Processor »), un FPGA (en anglais, « Field-Programmable Gâte Array »), un microprocesseur multi-cœur ou un GPU (en anglais, « Graphics Processing Unit »).
La figure 2 illustre l'architecture schématisée du circuit 5 d'extraction des canaux mettant en œuvre des étapes d'un procédé ci-dessous décrit en relation avec la figure 3, mis en œuvre dans une unité de calcul (non représentée).
Le circuit 5 d'extraction des canaux comprend deux parties : une première partie 51 qui permet d'extraire des sous-bandes Sij et une seconde partie 52 qui permet d'extraire des canaux d'intérêts Cij.
Dans une étape préliminaire, au moins un signal analogique Xi, x2, x3, xM ayant une bande fréquentielle donnée Afl, Af2, Af3, AfM et comprenant N canaux d'intérêts Cij avec i=l, M et j= l, N est reçu E0 au moyen de l'antenne li, 12, 13, 1M. Chaque canal d'intérêt Cij a une largeur fréquentielle Afj (Afij pouvant varier de façon importante d'un standard à l'autre, mais étant constant pour un même standard et étant pris égal à la largeur maximale d'une station du standard ; par exemple 10 khz pour la bande AM).
On considère ci-dessous le traitement d'un signal reçu dans une bande fréquentielle Afin avec m= l, M.
Le signal reçu Xi est alors amplifié El au moyen de l'amplificateur à faible bruit 2 filtré E2 au moyen d'un filtre passe bas 3i et numérisé E3 au moyen d'un convertisseur analogique numérique 4i.
Le signal numérisé XI entre alors (voir figure 2) dans le circuit 5 d'extraction des canaux et est pondéré E4 par les coefficients d'un filtre de réponse impulsionnelle finie hp de longueur Lp de bande passante Le et de largeur totale Fs/2 qui est une fréquence d'échantillonnage définie par le convertisseur analogique / numérique, en amont, en fonction de la bande fréquentielle Afl avec une atténuation prédéterminée permettant la réjection des bandes de fréquence non désirées.
Le signal numérisé pondéré XI est ensuite découpé E5 en M' blocs de Kp échantillons avec Lp = M' x Kp.
Le signal numérique pondéré est alors sommé E6 bloc à bloc pour obtenir une trame temporelle yi(k) de longueur Kp telle que yt(k) =∑^'=1 zi((m - l)Kp + k) avec k=l, Kp avec Zi(n), n= l, Lp le signal numérique filtré.
L'étape de filtrage E4 est mise en œuvre au moyen d'un filtre de réponse impulsionnelle hp(.), le signal y,(k) obtenu à l'issu de l'étape de sommation E6 étant
Kp-l
yi(k) = ^^+^j)*^†^])
7=0
X .) étant le signal numérique, Lp est la longueur du filtre.
Les étapes de filtrage du signal numérique, de découpage et de sommation sont mises en œuvre au moyen d'une unité WOLA de traitement basée sur un algorithme du type
WOLA (en anglais, « Weighted OverLapp and Add Filterbank ») permettant de réaliser les pré-traitements nécessaires à un banc de filtre (multiplication du signal par la réponse impulsionnelle du filtre de canal et repliement temporel).
Ensuite, chaque élément de la trame temporelle y,(k) est filtré E7 au moyen de N filtres de Goertzel opérant en parallèle, chaque filtre étant centré sur une fréquence centrale d'un canal d'intérêt Qj, le filtrage étant réalisé pour extraire une pluralité de sous-bandes fréquentielles Sij (avec i = 1, M et j = 1, N) chacune centrée sur la fréquence centrale d'un canal d'intérêt C¾ et ayant une largeur supérieure à celle du canal d'intérêt correspondant Qj. Ces filtrages sont mis en œuvre au moyen de plusieurs unités 520 de filtrage dites Goertzel opérant en parallèle, chacune implémentant un filtre de Goertzel.
Le filtrage de Goertzel consiste, à l'aide d'un filtre à réponse impulsionnelle infinie, à calculer la valeur précise de la transformée de fourrier d'un signal à une fréquence donnée. II permet de s'affranchir du calcul de la FFT complète d'un signal si peu de fréquences présentent un intérêt.
En outre, on pourra se référer aux publications suivantes décrivant le filtrage de Goertzel :
T. Hentschel, « Channelization for software defined base-stations », Annales des télécommunications, May 2002, vol. 57, no 5-6, pp. 386-420. DOI : 10.1007/BF02995169 ;
Jacobsen, E.; Lyons, R., « The sliding DFT », Signal Processing Magazine, IEEE , vol.20, no.2, pp.74,80, Mar 2003.
La première partie 51 formée par l'unité WOLA 510 et les unités de filtrage 520 ont ainsi pour objectif de générer des sous bandes fréquentielles Sg qui incluent les canaux d'intérêts Qj recherchés. Chaque sous-bande extraite Sg est de largeur supérieure à la largeur du canal d'intérêt correspondant et dépend de la largeur du filtre utilisé. Typiquement, une sous-bande extraite peut avoir une largeur deux fois supérieure à celle du canal d'intérêt correspondant Qj.
La figure 4 illustre en détail une unité WOLA 510 suivie de N filtres de Goertzel (N unités de filtrage 520). Sur cette figure le symbole a - b représente un compteur de a à b, les éléments référencés par Δ représentent un retard de Kp, les éléments ROMi sont des mémoires des coefficients Kp(i-l) à Kp.i de la réponse impulsionnelle du filtre de réponse impulsionnelles hp. Les coefficients sont numérotés de 1 à Kp.
Le procédé comprend ensuite une étape d'extractions E8 des canaux d'intérêts Cij. Une telle extraction est mise en œuvre avec une architecture 52 du type « Per Channel ». L'architecture « Per Channel » consiste en une transposition en fréquence via un DDC (en anglais, « Direct down Converter ») et à un filtrage passe-bas pour récupérer la bande de fréquence transposée à zéro. Cette étape consiste à transposer E81 en bande de base les sous-bandes extraites, à agréger E82 les sous-bandes Sg ainsi transposées et à filtrer E83 successivement chaque sous-bande Sg ainsi transposée au moyen d'un unique filtre de réponse impulsionnelle hg .
Comme avec l'algorithme WOLA connu, l'unité WOLA 510 consiste à extraire des sous-bandes Sg comprenant chacun un canal d'intérêt. Ainsi, plus la résolution sur la position des canaux Qj est fine, plus la résolution de l'unité WOLA 510 - c'est-à-dire le nombre KP - est grande. Toutefois, dans l'art antérieur, avec l'algorithme WOLA pour extraire d'une bande BIN = 40 MHz des sous-bandes dont les positions sont au kHz près, il faut KP = BIN /l kHz = 40000. Cela revient à implémenter 40000 multiplieurs (pour envoyer les 40000 échantillons pondérés en parallèle au noyau FFT) ou bien réduire le nombre de multiplieurs au détriment de la bande passante maximale autorisée pour chaque sous-bande (pour envoyer les échantillons en série au noyau FFT).
Au contraire, avec l'unité WOLA 510 et les unités de filtrage 520, la largeur de chaque sous-bande Sg extraite est fixée à deux fois celle des canaux d'intérêts. Le but recherché est que la sous-bande extraite contienne au moins un canal d'intérêt Qj recherché. On comprendra que par rapport à l'implémentation dans l'art antérieur de l'algorithme WOLA, une FFT est remplacée par un filtre de Goertzel.
Ainsi, en reprenant l'exemple précédent et supposons que chaque canal recherché a une largeur de 50 kHz, l'extraction (valant 2 x 50 = 100 kHz) dans ce cas fixe KP à BIN/Î00 kHz = 400. Il y a donc moins d'échantillons par bloc.
Les opérations mises en œuvre par l'unité WOLA 510 basé sur l'algorithme WOLA correspondent à la multiplication du signal d'entrée par la réponse impulsionnel du filtre et un chevauchement (en anglais, « overlapping ») temporel d'un facteur Kp. Le signal multiplié par le filtre est découpé par blocs de longueur Kp et additionnés entre eux de manière à produire en sortie de l'unité WOLA 510, une trame temporelle de longueur Kp. Les coefficients du filtre sont enregistrés dans des ROMs (en anglais, « Read-Only- Memory », pour mémoire morte).
En outre, chaque unité Goertzel met en œuvre un filtre de Goertzel centré à la fréquence ki/Kp. La programmation des ki/Kp dépend de l'espacement des canaux. Il y a un filtre de Goertzel par canal à extraire.
A l'issue du filtrage par les filtres de Goertzel, on a alors des sous-bandes qui contiennent un - ou éventuellement tout ou partie d'un deuxième - canal d'intérêt. Il faut encore faire une opération qui va complètement isoler chaque canal d'intérêt recherché. Pour cela, on va appliquer à chaque canal extrait un filtre (nommé hg et d'ordre Lg) dont la bande passante est la même que celle des canaux d'intérêts recherchés.
Comme on avait déjà, des canaux de largeur réduite, l'ordre de ce dernier filtre, à savoir Lg, sera lui aussi considérablement réduit. Par exemple, Lg = 115 suffit à prélever un signal avec une atténuation de 40 dB des bandes rejetées, avec un filtre de Kaiser et une largeur de bande de transition égale au dixième de celle du canal d'intérêt recherché.
Avant d'appliquer ce dernier filtre, le(s) canal(aux) contenu(s) dans chaque sous- bande est(sont) ramenée(s) (étape E81) à zéro-FI grâce au signal sinusoïdal émis par un NCO (en anglais, « Numerically Controlled Oscillator » pour oscillateur contrôlé par entrée numérique). Comme la position dans le spectre des canaux à extraire est connue a priori, il est facile de déterminer la fréquence de chaque signal sinusoïdal et de la fixer. La façon la plus évidente de faire cette transposition serait d'implémenter un NCO et un multiplicateur par canal extrait. Cependant, pour réduire le nombre de multiplicateurs, un seul est utilisé.
De même, afin de ne pas implémenter autant de filtres que de canaux, un seul filtre est implémenté pour tous les canaux. Ce filtre - que nous appelons « Filtre FIR Pipeliné » - est lui aussi cadencé à une fréquence suffisamment élevée pour que chaque canal soit filtré à tour de rôle grâce à des tampons (en anglais, « buffer »). La réalisation de cette version « pipelinée » du filtre est rendue envisageable grâce au fait que l'ordre du filtre est tel que Lg x (fréquence d'échantillonnage des canaux extraits) < Fs.
Ainsi, l'extraction des sous-bandes décrites ci-dessus effectue un premier découpage en KP blocs dont les positions possibles sont fixées et uniformément espacées. L'espacement de ces positions possibles étant Fs / KP, cela revient à laisser, entre chaque bloc découpé possible, un espace de la même largeur que le bloc découpé.
Toutefois, il peut arriver que des canaux d'intérêts Qj se situent soit dans l'espace entre deux sous-bandes Sij possibles, soit sur l'extrémité d'une sous-bande Sij.
La figure 5 illustre cette configuration selon laquelle on a trois canaux d'intérêts Cu, C12, C13 et trois sous-bandes extraites Su, Si2, Si3. Sur cette figure, la première sous- bande Su inclut et enveloppe le premier canal d'intérêt Cu, le second canal d'intérêt Ci2 est lui entre deux sous-bandes Su, Si2 et le troisième canal d'intérêt Ci3 est quant à lui au bord de la troisième sous-bande Si3. Sur cette figure, i et λ sont des entiers qui indiquent les centres des sous-bandes.
Pour extraire et envelopper convenablement les canaux d'intérêts situés entre deux sous-bandes ou bien au bord d'une sous-bande, il convient de rajouter d'autres unités WOLA 510 et d'autres unités de filtrage 520 précédés d'un NCO. Ce NCO génère un signal sinusoïdal qui sert à transposer en fréquence le signal d'entrée XI afin de permettre aux unités WOLA 510 additionnelles de se superposer à la première unité WOLA 510. L'utilisation de plusieurs unités WOLA permet de s'adapter à la non uniformité de la disposition des canaux d'intérêts Cij dans une bande de fréquence donnée.
On a donc une structure constituée de quatre branches, illustrées sur la figure 6, où
la première branche 'Branche comprend une unité WOLA 510 suivie d'unités de filtrage 520 Goertzel ; la seconde branche 'Branche 2' comprend un NCO suivie d'une unité WOLA 510 suivie d'unités de filtrage 520 Goertzel ;
la troisième branche 'Branche 3' comprend un NCO suivie d'une unité WOLA 510 suivie d'unités de filtrage 520 Goertzel ;
- la quatrième branche 'Branche 4' comprend un NCO suivie d'une unité WOLA
510 suivie d'unités de filtrage 520 Goertzel.
Ainsi, pour les branches 'Branche 2', 'Branche 3', 'Branche 4', avant d'appliquer l'algorithme WOLA, le procédé comprend une étape de transposition E40 en fréquence du signal numérique X,. C'est donc sur le signal numérique transposé que l'algorithme WOLA est appliqué.
De manière avantageuse, une sous-bande Sg obtenue à l'issue de l'étape de filtrage E7 par des filtres de Goertzel est donnée par la fonctionnelle suivante :
Sg(n)=y,(n)-W,(ki).y,(n-l)+T,(ki)Sg(n-l)-Sg(n-2) avec Wi(ki)=exp(-27Î.ki/Kp) et Ti(ki)=cos(27Î.ki/Kp) avec i=l,...,N, les coefficients ki étant les coefficients du filtre de Goertzel, N étant le nombre de canaux d'intérêts, n étant un entier supérieur ou égal à deux.
En outre, le coefficient ki est défini de la manière suivante :
soit pos, (abréviation de position) tel que
CENTJ
posi = — 0,5
L aout 1
avec |aj la partie entière de a, CENTj la fréquence centrale d'un canal d'intérêt et Bout est la largeur fréquentielle du canal d'intérêt
si pos, modulo 4 = 0 alors branche = 2;
sinon si pos, modulo 4 = 1 alors branche = 3;
sinon si pos, modulo 4 = 2 alors branche = 4;
sinon branche = 1;
et
Si branche=l alors : ki = (POS, + 1)*B0UT (pour la branche qui ne présente pas d'oscillateur NCO)
sinon ki = pos, *Β0υτ
avec Bout la largeur de chaque canal d'intérêt.
Le calcul de ki permet de trouver tous les canaux à extraire de la FFT et de ne pas retenir les canaux vides de la FFT.
Avec cette architecture à quatre branches, les NCOs des branches 'Branche 2', 'Branche 3', 'Branche 4' génèrent respectivement les sinusoïdes de fréquences Fs / 4KP, Fs / 2KP et Fs/ 2Kp + Fs/ 4Kp (Hz). En outre, les autres paramètres utilisés dans l'invention sont déterminés comme suit.
On définit n = Ceil( log ( BIN / (2 x Bout) ) / log(2) ) où « Ceil » représente l'arrondi par excès, BIN est la bande passante du signal entrant et Bout est la largeur de chaque canal à extraire. Ce nombre tire son origine dans le fait que la première partie 51 du circuit d'extraction 5 découpe la bande BIN en sous-bandes deux fois plus larges que les canaux Bout. Le nombre de sous-bandes potentielles étant une puissance de 2 (car l'algorithme fonctionne en partie comme une FFT dans le nombre de points est une puissance de 2) ; ainsi, on cherche le n minimum tel que 2n >= BIN / (2 x Bout).
La fréquence d'échantillonnage est donnée par Fs=2n.4.B0Ut. Elle est au moins deux fois supérieure à 2*BIN afin d'éviter le repliement spectral résultant de l'échantillonnage de l'antenne 1,.
Le nombre Kp=2n correspond au nombre de points que la FFT aurait calculé si l'algorithme WOLA avait été utilisé avec la FFT (la FFT extrait des canaux présents contenant un canal d'intérêt mais aussi des canaux vides ne contenant pas de canaux d'intérêts). L'invention utilise ainsi le même coefficient Kp de la FFT mais pour des filtres de Goertzel. Ainsi Kp est supérieur ou égal à N : par exemple, dans le cas du standard DRM30 où les canaux à extraire ont une largeur maximale de 20 kHz (= Bout) et la bande de diffusion est de 30 MHz (BIN), on trouve n = 10 et Kp = 1024 avec les formules précédentes.
La longueur Lp du filtre hp passe bas implémenté dans l'unité WOLA est un multiple de Kp et, de manière particulièrement avantageuse, on choisit cette longueur Lp suffisamment élevée pour que la bande passante du filtre passe bas hp soit égale à Bout, la bande de transition du filtre passe bas soit inférieure ou égale à Bout et l'atténuation dans la bande rejetée soit supérieure ou égale à Astop (c'est-à-dire l'atténuation voulue sur les canaux rejetés) ; par exemple pour un filtre de type Kaiser, Lp est choisi égal à 16384 pour une atténuation de 40 dB minimum pour les canaux DRM30.
La fréquence de transposition Fi est définie par F, = ((pos_i + l)x B0UT - (CENT_i -
Figure imgf000015_0001
La longueur du filtre mis en œuvre dans l'architecture de type « per channel » est telle que la bande passante du filtre soit égale à Bout, la bande de transition du filtre soit très inférieure à Bout et que l'atténuation dans la bande rejetée soit supérieure ou égale à
Astop-
Lorsque plusieurs standards ont des caractéristiques fréquentielles suffisamment proches (largeur de bande et largeur de canal d'intérêt) on peut utiliser les mêmes WOLA superposés pour extraire les canaux. Par exemple, ce qui fonctionne pour la bande DRM30 peut, dans bien des cas, être utilisé pour la bande AM. Le système proposé permet d'avoir un compromis entre:
- la plus basse fréquence d'horloge permise ; en effet, les designs FPGA ont souvent une fréquence d'horloge maximale au-delà de laquelle le bon fonctionnement du design n'est pas garanti ;
- l'utilisation des ressources matérielles la plus efficace ; en général, plus Kp est faible dans le banc de filtre, plus il y a de ressources matérielles utilisées ;
- une bonne qualité audio ; plus Kp est faible, meilleure est la qualité audio des canaux extraits et démodulés dans le cas du standard FM. Cela est vraisemblablement dû au fait qu'il y a un plus grand nombre d'échantillons alloué à chaque canal sortant.
On a illustré sur la figure 7, l'extraction des canaux via cette architecture à quatre branches. Sur cette figure, on constate que le canal d'intérêt Cu est correctement extrait par la branche 'Branche (la sous bande enveloppe le canal Cu) mais pas les canaux Ci2 et Ci3. En revanche, la branche 'Branche 3' extrait correctement le canal Ci2 et c'est la branche 'Branche 4' qui extrait correctement le canal Ci3.
Enfin, la démodulation E9 des canaux, mise en œuvre par le circuit de démodulation
6, est faite en parallèle à partir d'un démodulateur qui est dupliqué à l'identique en fonction du nombre total de canaux à extraire. Ce démodulateur est une architecture optimisée pour une norme donnée. Le circuit démodulateur est :
Pour la bande AM (modulation d'amplitude): une IP matérielle de type valeur absolue + filtre passe-bas de largeur 5kHz ;
Pour la bande FM (modulation de fréquence) : une IP matérielle de type Cordic + dérivation temporelle + filtres d'extraction des signaux stéréophonique et RDS ;
Pour la bande DRM (modulation angulaire de type OFDM et transmission dans la bande 0 à 30 MHz-HF): un processeur MIPS + logiciel de démodulation ;
- Pour la bande DRM+ (modulation angulaire de type OFDM et transmission en bande 30 à 174 MHz): un processeur MIPS + logiciel de démodulation ;
Pour la bande DAB (modulation angulaire de type OFDM et transmission en bande 80 à 170 MHz): un processeur MIPS + logiciel de démodulation ;
Pour la bande DVB (modulation angulaire de type OFDM et transmission en bande tv) : une IP matérielle
A l'issue de cette démodulation E9 on obtient donc les données démodulées.
On a reporté ci-dessous le calcul des variables n, Kp, Fs pour différents standards de radio et de télévision pour la France.
Figure imgf000017_0001
Dans le tableau ci-dessus, la bande de diffusion considérée est la somme approximative des portions de bandes de diffusions ramenées à la bande de base.
Des exemples pouvant être utilisés pour l'invention mais moins optimal pour le DRM30 :
A réponse impulsionnelle Hp identique (même filtre impulsionnel 510 de WOLA), si on prend Kp = 512, il faudrait 4 branches en plus que pour Kp = 1024. Ça ferait en tout 8 branches et ça ferait une plus grande occupation des ressources matérielles disponibles.
A réponse impulsionnelle Hp identique, si on prend Kp = 2048, les sous-bandes extraites ne seront plus de bonnes qualité car elles subiraient un repliement spectral sur elles-mêmes à cause du critère de Shannon non respecté.
Les valeurs Kp sont donc fonction de chaque bande de fréquence et le dispositif selon l'invention peut donc traiter plusieurs bandes de fréquence en même temps avec des Kp différents.
Le calcul de la valeur Kp va influer sur la taille de la mémoire ROM et la longueur du déphasage de l'élément 510 de la figure 4.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement d'au moins un signal analogique reçu χ,, i= l à M, comprenant une pluralité de N canaux d'intérêts Qj avec j= l à N, ayant une largeur fréquentielle Afij sur une bande de fréquence donnée Afi, M étant un entier supérieur ou égal à un, N étant un entier supérieur ou égal à 2, le procédé comprenant les étapes suivantes :
-numérisation (E3) du signal analogique reçu pour fournir un signal numérique X, ;
-application (E4, E5, E6) d'un algorithme WOLA sur le signal numérique X, pour fournir une trame temporelle y,(k) de longueur Kp, Kp étant un entier supérieur ou égal à N ;
-filtrage (E7) de chaque élément de la trame temporelle yi(k) avec k=l..., Kp, au moyen de N filtres de Goertzel opérant en parallèle, chaque filtre étant centré sur une fréquence centrale d'un canal d'intérêt Qj, le filtrage étant réalisé pour extraire une pluralité de sous-bandes Sg chacune centrée sur la fréquence centrale d'un canal d'intérêt Qj et ayant une largeur supérieure à celle du canal d'intérêt Qj correspondant.
2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les sous-bandes extraites SM, ont une largeur égale ou supérieure à deux fois celle du canal d'intérêt correspondant Qj.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une sous-bande obtenue à l'issue de l'étape de filtrage (E7) par des filtres de Goertzel est donné par la fonctionnelle Sij(n) suivante :
Sg(n)=y,(n)-W,(ki).y,(n-l)+T,(ki)Sg(n-l)-Sg(n-2) avec Wi(ki)=exp(-27Î.ki/Kp) et Ti(ki)=cos(27Î.ki/Kp) avec i=l,...,N, les coefficients ki étant les coefficients du filtre de Goertzel, N étant le nombre de canaux d'intérêts Cij, n étant un entier supérieur ou égal à deux.
4. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ki est définit de la manière suivante :
Figure imgf000018_0001
CENTJ
posi = — 0,5
L aout 1
avec |aj la partie entière de a, CENTj la fréquence centrale du canal d'intérêt Cij et Bout est la largeur du canal d'intérêt Qj
si posi modulo 4 = 0 alors branche = 2; sinon si pos, modulo 4 = 1 alors branche 3;
sinon si pos, modulo 4 = 2 alors branche 4;
sinon branche = 1;
et
si branche=l alors : ki (posi + 1)*Βουτ
sinon ki = pos^Bour
avec BOUT la largeur de chaque canal d'intérêt.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant une étape d'extraction (E8) des canaux d'intérêts consistant à transposer (E81) en bande de base les canaux extraits, à agréger (E82) les canaux transposés et à filtrer (E83) successivement chaque canal ainsi transposé au moyen d'un unique filtre.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape de filtrage est mise en œuvre au moyen d'un filtre de réponse impulsionnelle h(.), le signal yi(k) obtenu à l'issu de l'étape de sommation (E6) étant
Kp-l
yi(k) = j xi( k + -j^ , j , hp (k + -j^ , j
7=0
X,(.) étant le signal numérique, Lp est la longueur du filtre et étant un multiple de Kp.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel Kp est égal à 2n, ou n= Ceil( log ( BIN / (2 x Bout) ) / log(2) ) où « Ceil » représente l'arrondi par excès, BIN est la bande passante du signal entrant et Bout est la largeur de chaque canal à extraire.
8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la longueur du filtre Lp est choisi de sorte qu'elle soit suffisamment élevée pour qu'une bande passante du filtre passe bas hp soit égale à la largeur de chaque canal à extraire Bout et de sorte que la bande de transition du filtre passe bas soit inférieure ou égale à Bout.
9. Procédé de traitement d'au moins un signal analogique reçu x,, i= l à M, comprenant une pluralité de N canaux d'intérêts C¾ avec j=l à N, ayant une largeur fréquentielle Afij sur une bande de fréquence donnée Afij, le procédé comprenant les étapes suivantes :
numérisation (E3) du signal analogique reçu pour fournir un signal numérique X, ; le procédé comprenant en outre les étapes suivantes mises en œuvre en parallèle :
selon une première branche ('Branche ), application (E4, E5, E6) d'un algorithme WOLA et filtrage (E7) tels que définis dans les revendications précédentes ;
selon au moins une seconde branche ('Branche 2', 'Branche 3', 'Branche 4')
transposition (E40) en fréquence du signal numérique Xi; et sur le signal numérique ainsi transposé,
application (E4, E5, E6) d'un algorithme WOLA et filtrage (E7) tels que définis dans les revendications précédentes.
10. Procédé de traitement d'une pluralité de signaux analogiques reçu xi comprenant plusieurs canaux d'intérêts Cij ayant une largeur fréquentielle sur une bande de fréquence donnée, chaque signal analogique xi étant traité en parallèle au moyen d'un procédé selon l'une des revendications précédentes.
11. Récepteur comprenant au moins un étage de réception (ERi, ER2, ER3, ERM) chacun configuré pour recevoir un signal analogique (xi, x2, ) comprenant une pluralité de N canaux d'intérêts Qj avec i=l à M et j=l à N et un circuit (5) d'extraction desdits canaux configuré pour mettre en œuvre un procédé selon l'une des revendications précédentes.
12. Récepteur selon la revendication précédente, dans lequel le circuit (5) d'extraction comprend au moins une unité WOLA (510) et N unités de filtrage (520) chacune implémentant un filtre de Goertzel de manière à extraire une sous-bande Sg.
13. Récepteur selon la revendication 11 , dans lequel le circuit (5) d'extraction comprend une pluralité de branches ('Branche , 'Branche 2', 'Branche 3', 'Branche 4), une première branche ('Branche ) comprenant une unité WOLA (510), la ou les autre(s) branche(s) comprenant un oscillateur contrôlé par entrée numérique (NCO) configuré pour transposer en fréquence le signal numérique reçu (X,) ledit oscillateur contrôlé par entrée numérique (NCO) étant suivi d'une unité WOLA (510), ledit circuit d'extraction comprenant en outre N unités de filtrage (520) chacune implémentant un filtre de Goertzel de manière à extraire une sous-bande Sg, les unités WOLA (510) étant chacune connectée auxdites unités de filtrage (520).
14. Récepteur selon la revendication précédente, dans lequel le circuit (5) d'extraction comprend plusieurs étages de réception, plusieurs unités WOLA (510) par étage de réception, et N unités de filtrage (520) par unité WOLA, chaque unité de filtrage (520) implémentant un filtre de Goertzel de manière à extraire une sous-bande Sij.
15. Récepteur selon l'une des revendications 12 à 14, dans lequel une trame temporelle en sortie de WOLA yi(k) de longueur Kp, Kp étant un entier supérieur ou égal à N, est obtenue avec un Kp égal à 2 n , ou n= Ceil( log ( BIN / (2 x Bout) ) / log(2) ) où « Ceil » représente l'arrondi par excès, BiN est la bande passante du signal entrant et Bout est la largeur de chaque canal à extraire.
16. Récepteur selon l'une des revendications 14 à 15, dans lequel chaque étage de réception comprend une antenne large bande dont la bande passante est choisie parmi le groupe suivant : bande FM, bande DRM, bande AM, bande DRM+.
17. Récepteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque étage de réception comprend une antenne large bande dont la bande passante est choisie parmi le groupe suivant : bande DAB, bande DVB.
18. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 10, lorsque celui-ci est exécuté par un composant de type FPGA.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20100142738A1 (en) * 2008-10-05 2010-06-10 Starkey Laboratories, Inc. Remote control of hearing assistance devices
US20120281689A1 (en) * 2009-11-24 2012-11-08 Thales Multi-channel reception system including a superheterodyne-type receiver associated with spectral analysers with instantaneous bandwidth

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