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FR2765048A1 - Procede de modulation/demodulation de signaux et systeme pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Procede de modulation/demodulation de signaux et systeme pour sa mise en oeuvre Download PDF

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Publication number
FR2765048A1
FR2765048A1 FR9807701A FR9807701A FR2765048A1 FR 2765048 A1 FR2765048 A1 FR 2765048A1 FR 9807701 A FR9807701 A FR 9807701A FR 9807701 A FR9807701 A FR 9807701A FR 2765048 A1 FR2765048 A1 FR 2765048A1
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FR
France
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sequence
symbols
symbol
pilot
signal
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Application number
FR9807701A
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English (en)
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FR2765048B1 (fr
Inventor
Bruce Edward Shockey
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cincinnati Electronics Corp
Original Assignee
Cincinnati Electronics Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details 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
    • H04B1/69Spread spectrum techniques
    • H04B1/707Spread spectrum techniques using direct sequence modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
  • Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)

Abstract

Dans ce procédé et cet appareil on effectue les étapes consistant : à générer une séquence PN pilote; à générer une séquence PN de symboles présentant une époque synchronisée avec une époque de la séquence PN pilote; à produire une pluralité de versions retardées de la séquence PN de symboles, chaque version retardée de la séquence de symboles présentant un décalage de temps distinct par rapport à l'époque de séquence PN pilote; à effectuer une sélection parmi les versions retardées de la séquence PN de symboles en se basant sur un ou plusieurs bits de données du signal de données; à moduler une porteuse avec la séquence PN pilote et des versions retardées de la séquence PN de symboles; à transmettre par un canal de communications la porteuse modulée; et à démoduler la porteuse modulée pour récupérer le signal de données par corrélation de la séquence de symboles retardée du signal de porteuse avec une ou plusieurs versions retardées de la séquence PN de symboles.

Description

l Procédé de modulation/démodulation de signaux et système pour sa
mise en oeuvre.
La présente invention concerne un système et un procédé pour moduler et de démoduler un signal contenant un ou plusieurs bits
de données, comme par exemple dans un système de télécommunica-
tions, et elle à trait plus particulièrement, à un système et un procédé-
de modulation/démodulation permettant d'effectuer des communica- tions numériques avec un rapport Eb/No (énergie par bit/densité spectrale de bruit) qui est plus faible que dans toute autre technique de modulation/démodulation existante, et qui n'est pas limité par la limite
Eb/No = -1,6 dB prédite par Claude Shannon.
On a mis au point de nombreux types de systèmes de commu-
nications permettant la transmission de signaux d'informations à partir
d'un emplacement de source jusqu'à une destination d'utilisateur physi-
quement distincte. Ces systèmes étaient, de façon typique, des systè-
mes soit analogiques, soit numériques, dans lesquels l'amplitude, la fréquence ou la phase d'une porteuse, est modulée afin de transporter des informations. Traditionnellement, on établissait la plupart des communications en utilisant des systèmes analogiques. Cependant. les
systèmes numériques sont devenus de plus en plus à la mode, particu-
lièrement dans la dernière décennie en raison de leurs nombreux avan-
tages, tels qu'une meilleure immunité au bruit, une plus grande capaci-
té de communication et une plus grande sécurité dans le cas de
communications ayant recours à un cryptage.
Un des procédés de transmission de signaux d'informations dans un système de communications numériques est désigné comme étant un système de transmission à étalement du spectre. Dans un système à étalement du spectre, on modifie ou module un signal d'informations d'une manière qui étale le signal sur une largeur de bande qui est beaucoup plus grande que celle requise pour transmettre le signal. Cet étalement d'un signal sur une grande largeur de bande permet d'obtenir des systèmes à étalement du spectre présentant de
nombreux avantages sur les techniques de communications possibles.
Parmi les avantages inhérents aux systèmes à étalement du spectre. on trouve leur résistance aux interférences extérieures et au brouillage,
une faible densité spectrale et des capacités d'accès multiples.
On a mis au point plusieurs techniques différentes de modu-
lation pour obtenir un étalement d'un signal d'informations dans les systèmes de communications à étalement du spectre. Ces techniques
comprennent: une modulation à séquences directes, à sauts de fréquen-
ce, à créneaux de durée et une modulation par compression/expansion
d'impulsions. Dans la technique à séquences directes, le signal d'infor-
mations ou de message est combiné avec un deuxième signal présen-
tant un code pseudo-aléatoire fixe. Ce code pseudo-aléatoire, (connu par ailleurs dans la technique comme étant un code ou séquence PN) est une fonction temporelle qui est scindée en un certain nombre d'intervalles de temps, que l'on appellera "fragments de temps", dont chacun a la valeur soit d'un zéro, soit d'un un. La durée de chaque fragment est, de façon typique, faible en comparaison de la durée d'un
bit du signal de message. C'est pourquoi, lorsque le signal d'informa-
tions est combiné avec le code pseudo-aléatoire, un signal est produit qui présente une très grande largeur de bande en comparaison du signal de message. Le signal "étalé" résultant peut être utilisé pour moduler un signal de porteuse afin de transmettre le message. Dans les systèmes à étalement du spectre, on utilise souvent des modulateurs pour modulation
par déplacement de phase à M-états ( modulation dite M-ary dans la tech-
nique anglo-saxionne) et, en particulier, des modulateurs à modulation par déplacement de phase à quatre états (QPSK) pour moduler un signal porteur à l'aide du signal de message étalé, cela en raison des rendements désirables d'utilisation qui concernent la largeur de bande et de l'énergie
et qui sont associés à ces modulateurs/démodulateurs.
Un des moyens grâce auxquels on peut évaluer les systèmes de communications numériques, tels que les systèmes à étalement du
spectre, consiste à comparer comment chaque système utilise efficace-
ment l'énergie disponible des signaux pour transmettre des informa-
tions. Une mesure clé permettant de déterminer l'efficacité avec laquelle un système transmet des informations consiste à évaluer le rendement d'utilisation de l'énergie, ou rapport Eb/No, du système. Le rapport Eb/No est défini par la quantité d'énergie par bit demandée par un système pour transmettre des bits de message avec un taux d'errn-eurs acceptable et divisée par la densité spectrale du bruit produit par le
système. Il est souhaitable de disposer d'un système de communica-
tions qui procure un rapport Eb/No aussi bas que possible pour un taux spécifié par bit afin de minimiser la quantité de puissance requise par
le système.
Un des domaines dans lesquels on utilise fréquemment des techniques de modulation par étalement du spectre est le domaine des
systèmes de télécommunications par satellites. Les systèmes de télé-
communications par satellites sont habituellement astreints à fonctionner avec des niveaux de puissance relativement bas, car la génération de niveaux de puissance élevés dans un satellite sur orbite est coûteuse et difficile à maintenir. C'est pourquoi, les techniques dites à étalement du spectre conviennent bien pour les systèmes de télécommunications par satellites, car elles permettent d'utiliser au sol des antennes à très faible ouverture (large faisceau) sans interférences exagérées avec les satellites voisins. En outre, les capacités d'accès multiple qu'offrent les techniques à étalement du spectre est désirable avec un système à satellites en raison de la nécessité de traiter de
multiples messages provenant de stations terrestres.
Dans les systèmes de télécommunications numériques,
comme par exemple les systèmes de télécommunications par satellites.
il est nécessaire de transmettre des données à des vitesses de plus en plus grandes tout en limitant simultanément la quantité de puissance requise pour transmettre les données. Toutefois, le besoin d'augmenter
la vitesse de transmission, tout en diminuant la puissance des systè-
mes, représente souvent des objectifs incompatibles étant donné que,
traditionnellement, dans de nombreux systèmes de télécommunica-
tions, la seule façon d'augmenter la vitesse de transmission de données sans sacrifier la fiabilité des communications a consisté à augmenter
la puissance, le gain et/ou la taille de l'antenne dans l'émetteur.
Cependant, l'augmentation de l'un quelconque de ces facteurs peut augmenter considérablement le coût du système. Ainsi, le besoin d'une puissance supplémentaire et les dépenses qui l'accompagnent ont servi
de limites à la vitesse à laquelle les données peuvent être transmises.
En plus des limites imposées à la transmission par les coûts, on pense qu'il existe une limite physique en ce qui concerne le rapport Eb/N( susceptible d'être obtenu à l'aide d'une technique de modulation. Cette
limite a été prédite par Claude Shannon comme étant Eb/N0 = -1,6 dB.
Il a semblé qu'il était impossible physiquement de transmettre de
façon fiable des informations par l'intermédiaire d'un canal de commu-
nications en dessous de ce niveau d'énergie.
C'est pourquoi, compte tenu du besoin de plus grandes vites-
ses de transmission et des limitations mentionnées ci-dessus, il est
souhaitable de disposer d'un système et d'un procédé de modula-
tion/démodulation qui permettent d'obtenir des vitesses de transmis-
sion de données plus élevées sans qu'il soit nécessaire d'augmenter la puissance de l'émetteur ni les dimensions de l'antenne et/ou le gain. En outre, il est souhaitable de disposer d'un système et d'un procédé de modulation/démodulation qui permettent de transmettre d'une façon
sûre des signaux de message en dessous de la limite de Shannon.
La présente invention a donc pour objectif principal de fournir un système et un procédé de modulation et de démodulation de signaux qui permettent de transmettre des données à des niveaux de puissance plus faibles et avec des antennes et/ou des niveaux de gain
plus petits que ceux qui étaient nécessaires antérieurement pour obte-
nir la même vitesse de transmission de données; En particulier, un objectif principal de la présente invention est de fournir un système de communications numériques qui permet d'établir des communications numériques fiables avec des rapports Eb/N0 inférieurs à ceux obtenus antérieurement avec les systèmes de
communications numériques de la technique antérieure.
Un autre objectif de la présente invention et de fournir un système de modulation/démodulation qui permet des transmissions de
données en dessous de la limite de Shannon définie par Eb/No= -1,6dB.
Un autre objectif encore de la présente invention est de fournir un système et un procédé de modulation/démodulation qui permet de transmettre un plus grand nombre de bits de message par symbole logique que ne le permettaient les techniques de modulation antérieures. Un autre objectif encore de la présente invention est de fournir un système de modulation/démodulation qui utilise la relation de synchronisation ou temporisation entre deux séquences PN pour
représenter des symboles logiques.
Un autre objectif encore de la présente invention est de
fournir une technique de modulation/démodulation qui utilise des épo-
ques de séquences PN pour définir des périodes de symboles logiques.
D'autres objectifs, avantages et caractéristiques de l'invention
apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre.
Pour atteindre, entre autres, les objectifs ci-dessus, on a créé.
conformément aux fins de la présente invention telles que décrites ci-
dessus, un système de modulation/démodulation et son procédé de mise en oeuvre, ce système comprenant une structure incluant des premier et deuxième générateurs PN produisant des première et deuxième séquences PN distinctes, de même longueur. Une horloge PN est de préférence associée aux générateurs pour synchroniser les séquences. Le deuxième générateur PN est relié à une ligne à retard comportant des prises de prélèvement ou prises de sortie et générant une pluralité de symboles à partir de la séquence PN, chaque symbole correspondant à un décalage de la deuxième séquence PN d'un ou de plusieurs fragments de temps par rapport à l'époque de la première séquence PN. Une pluralité de prises de sortie sont associées à la ligne à retard, chaque prise de sortie correspondant à une des séquences de symboles. Un dispositif de sélection de symboles est associé aux prises de sortie pour effectuer une sélection parmi les prises de sortie de séquences de symboles, pendant chaque période de symbole, en se basant sur un ou plusieurs bits d'un signal de message. Les séquences de symboles sélectionnées en même temps que la première séquence PN sont appliquées à des canaux séparés d'un modulateur pour moduler
un signal de porteuse, que l'on appellera plus simplement: la porteuse.
Au point de destination, un récepteur est présent pour détec-
ter la porteuse modulée afin de se verrouiller sur cette dernière. Des premier et deuxième générateurs PN locaux sont associés au récepteur pour générer des première et deuxième séquences PN locales qui correspondent aux première et deuxième séquences de la structure de transmission. Une ligne à retard à prises de sortie est connectée au deuxième générateur PN local pour générer une pluralité de versions
décalées de la deuxième séquence ou séquence de symboles, qui cor-
respondent aux symboles de la structure de transmission. Un signal
analogique de bande de base est récupéré, c'est-à-dire recueilli, à par-
tir de la porteuse modulée et est échantillonné par un convertisseur analogique-numérique (A/D). Une pluralité de multiplicateurs sont connectés au convertisseur A/D ainsi qu'à chaque prise de sortie de la ligne à retard pour multiplier chaque échantillon de signal par chacun
des symboles provenant de la ligne à retard à prises de sortie. Les pro-
duits obtenus sont transférés à travers un filtre et sont sommés sur
chaque période de symbole.
A la fin d'une période de symbole, les sommes sont transfé-
rées à un dispositif de comparaison à seuil et sont comparées avec un seuil prédéterminé. La somme qui dépasse le seuil est transférée à un décodeur de combinaisons de bits et convertie en une combinaison de
bits. Les combinaisons de bits issues de périodes de symbole consécu-
tives sont combinées pour produire une chaîne ou suite de données
série correspondant au signal de message initial.
D'une façon générale, selon un premier aspect de la présente inventio, un procédé de modulation et de démodulation comprend les étapes consistant: à générer une séquence PN pilote; à générer une séquence PN de symboles présentant une époque synchronisée avec une époque de la séquence PN pilote; à produire une pluralité de versions retardées de la séquence PN de symboles, chaque version retardée de la séquence de symboles présentant un décalage temporel distinct par rapport à l'époque de la séquence PN pilote; à effectuer une sélection parmi les versions retardées de la séquence PN de symboles en se basant sur un ou plusieurs bits de données du signal de données; à moduler un signal de porteuse avec la séquence PN pilote et des versions retardées de la séquence PN de symboles; à transmettre
le signal de porteuse modulé par l'intermédiaire d'un canal de commu-
nication; et à démoduler le signal de porteuse modulé, pour récupérer
le signal de données, par corrélation de la séquence de symboles retar-
dée du signal de porteuse avec une ou plusieurs versions retardées de
la séquence PN de symboles.
Ce procédé présente en outre les cavactéristiques ci-après, prises isolément ou en combinaison: - il comprend, en outre, une étape de génération d'un signal d'horloge PN pour synchroniser la génération des séquences PN pilotes et des séquence PN de symboles; - des étapes consistant à former une adresse à partir d'un ou de plusieurs bits de données du signal de données, à associer une prise de sortie à chaque version retardée de la séquence PN de symboles, et à utiliser l'adresse formée à partir des bits de données pour effectuer une sélection parmi les prises de sortie; - des étapes consistant à générer un signal d'horloge de données à partir du signal d'horloge PN et à utiliser le signal d'horloge de données pour commander la formation de l'adresse; - une étape consistant à établir une polarité pour la version
retardée sélectionnée de la séquence PN de symboles.
- chacune des versions retardées de la séquence PN de symboles est retardée d'un fragment de temps par rapport à une version retardée immédiatement précédente; - les séquences PN pilotes et de symboles sont périodiques et la séquence PN pilote et la séquence PN de symboles contiennent un nombre égal de fragments de temps; - il comprend, en outre, les étapes consistant à générer une deuxième séquence PN pilote et à aligner l'époque de la deuxième séquence PN pilote avec l'époque de la séquence PN pilote provenant du signal de porteuse modulé; - il comprend, en outre, les étapes consistant à générer une deuxième séquence PN de symboles, à aligner l'époque de la deuxième séquence PN de symboles avec l'époque de la deuxième séquence PN pilote et à produire un ensemble de versions retardées de la deuxième séquence PN de symboles, chacune des versions retardées de la deuxième séquence PN de symboles étant retardée d'un nombre distinct de fragments de temps par rapport à l'époque de la deuxième séquence pilote; - il comprend, en outre, les étapes consistant à récupérer un signal de bande de base analogique à partir du signal de porteuse modulée et à multiplier le signal de bande de base analogique par
chacune des versions retardées de la deuxième séquence PN de symbo-
les; - il comprend, en outre, les étapes consistant à filtrer et à faire la somme du produit du signal de bande de base analogique par
chacune des versions retardées de la deuxième séquence PN de symbo-
les sur une période de symbole et à comparer chaque somme avec un seuil prédéterminé; - il comprend, en outre, l'étape consistant à déterminer si oui ou non chaque somme dépasse le seuil prédéterminé, et à générer une combinaison de bits qui correspond à la somme qui dépasse le seuil
prédéterminé.
Par ailleurs, selon un autree aspect de la préente invention.
un procédé de transmission d'un signal de données dans un système de
communications à étalement de spectre comprend les étapes consis-
tant: à générer une première séquence PN pilote; à générer une prenmiè-
re séquence PN de symboles; à aligner les époques des première et deuxième séquences PN pilote et de symboles; à produire une pluralité de versions retardées de la première séquence PN de symboles; à effectuer une sélection parmi les versions retardées de la première séquence PN de symboles en fonction du signal de données; à moduler des canaux séparés d'un signal de porteuse avec la premrniere séquence PN pilote et les versions retardées sélectionnées de la premiere séquence PN de symboles; à générer une deuxième séquence PN pilote; à générer une deuxième séquence PN de symboles; à produire une
pluralité de versions retardées de la deuxième séquence PN de symbo-
les; à établir une corrélation entre des versions retardées sélectionnées
de la première séquence PN de symboles provenant du signal de por-
teuse modulée et des versions retardées de la deuxième séquence PN de symboles; à faire la somme des signaux corrélés sur une période de symbole; à comparer les sommes avec un seuil prédéterminé; et à convertir la somme qui dépasse le seuil prédéterminé en une chaîne de bits.
Ce procédé présente, en outre, les caractéristiques ci-après.
prises isolément ou en combinaison: - il assure une transmission de données avec un rapport Eb/No inférieur à -1,6dB; - il comprend, en outre, l'étape consistant à établir la polarité de la version retardée sélectionnée de la première séquence PN de symboles; - les première et deuxième séquences PN de symboles sont
équivalentes.
D'une façon générale, un système de modulation/démodula-
tion destiné à être utilisé pour transmettre un signal de message contenant un ou plusieurs bits de données, selon la présente invention, comprend: d'une part, une structure de transmission comprenant: un
générateur PN pilote destiné à générer une séquence PN pilote périodi-
que un générateur PN de symboles destiné à générer une séquence PN de symboles périodique présentant une époque synchronisée avec
l'époque de la séquence PN pilote; une ligne à retard à prises de sortie.
reliée au générateur PN de symboles pour générer une pluralité de versions retardées de la séquence PN de symboles; une structure de sélection de symboles associée à la ligne à retard à prises de sortie
pour effectuer une sélection parmi les versions retardées de la séquen-
ce PN de symboles en se basant sur un ou plusieurs des bits de données du signal de message, et un modulateur destiné à moduler un signal de porteuse avec la séquence PN pilote et les versions retardées sélectionnées de la séquence PN de symboles; et, d'autre part, une structure réceptrice destinée à récupérer le signal de message par corrélation de la séquence PN de symboles retardée provenant du signal de porteuse modulée avec des versions retardées d'une séquence
PN locale de symboles.
Ce système présente, en outre, les caractéristiques suivantes prises isolément ou en combinaison: - il comprend, en outre, une horloge PN associée à la structure de trans mission pour synchroniser les générateurs de séquences PN pilotes et de séquences PN de symboles; - chacune des versions retardées de la séquence PN de
symboles correspond à un retard temporel distinct par rapport à l'épo-
que de la séquence PN pilote; - chaque version retardée de la séquence PN de symboles
correspond à un retard d'un fragment de temps supplémentaire prove-
nant de l'époque de la séquence PN pilote par rapport à une version retardée immédiatement précédente; - la ligne à retard à prises de sortie comprend une pluralité de prises de sortie, chaque prise correspondant à une version retardée de la séquence PN de symboles; - le dispositif de structure de sélection de symboles comprend un multiplexeur;
- la structure de sélection de symboles comprend, en outre.
un registre à décalage de données, le registre à décalage de données étant relié à la source du signal de données pour recevoir un ou plusieurs bits de données du signal de message;
- le registre à décalage de données est associé au multi-
plexeur pour fournir une adresse destinée au multiplexeur.
- il comprend, en outre, un diviseur d'horloge de données destiné à recevoir un signal d'horloge provenant de l'horloge PN et à générer un signal d'horloge de données pour commander l'entrée de bits de données dans le registre à décalage de données;
- le modulateur est un modulateur pour modulation par dépla-
cement de phase à quatre états et la séquence PN est appliquée au
canal I du modulateur et la version retardée sélectionnée de la séquen-
ce PN de sym boles est appliquée au canal Q du modulateur pour moduler le signal de porteuse; - il comprend une structure destinée à établir une polarité pour la version retardée sélectionnée de la séquence PN de symboles; - la structure réceptrice comprend, en outre, un générateur l1 local de séquence PN pilote destiné à générer une séquence PN pilote locale, et un récepteur comportant une commande de temporisation pour aligner l'époque de la séquence PN pilote locale avec l'époque de
la séquence PN pilote récupérée à partir du signal de porteuse modu-
lée; - la structure réceptrice comprend, en outre, un générateur local de séquence PN de symboles destiné à générer une séquence PN locale de symboles correspondant à la séquence PN de symboles dans
la structure de transmission.
- la structure réceptrice comprend, en outre: une ligne à retard à prises de sortie destinée à fournir une ou plusieurs versions retardées de la séquence PN locale de symboles; un ou plusieurs mélangeurs destinés à multiplier chacune des versions retardées de la
séquence PN locale de symboles par un signal de bande de base re-
cueilli par le récepteur; un ou plusieurs dispositifs de sommation destinés à faire la somme des produits des versions retardées et du signal de bande de base; un ou plusieurs dispositifs de comparaison à
seuil destinés à comparer chacune des sommes avec un seuil prédéter-
miné; et un décodeur de combinaisons de bits destiné à convertir les
sommes qui dépassent le seuil prédéterminé en combinaisons de bits.
Selon un autre aspect de la préente invention, un système de modulation et de démodulation d'un signal de message contenant une chaîne de bits de données comprend: un premier générateur PN destiné à générer une première séquence PN comprenant une pluralité de fragments de temps; uns deuxième générateur PN destiné à générer une deuxième séquence PN comprenant une pluralité de fragments de temps en nombre égal au nombre de fragments de temps de la première séquence PN, la deuxième séquence PN présentant une époque qui est synchronisée avec une époque de la première séquence PN; une ligne à retard à prises de sortie, associée au deuxième générateur PN pour générer une pluralité de séquences de symboles à partir de la deuxième séquence PN, une ou plusieurs des séquences de symboles comprenant
une version décalée de la deuxième séquence PN, chacune des séquen-
ces de symboles successives étant décalée d'un fragment de temps supplémentaire par rapport à la séquence de symboles précédente; une structure de sélection de symboles associée à la ligne à retard à prises de sortie pour effectuer une sélection parmi les séquences de symboles
en fonction de la chaîne de bits de données à transmettre; un modula-
teur relié au premier générateur PN et à la ligne à retard à prises de sortie pour moduler la première séquence PN et les séquences de symboles sélectionnées sur des canaux séparés d'une porteuse haute fréquence (RF) de manière à former un signal de porteuse modulée; et une structure de réception destinée à récupérer les séquences de symboles sélectionnées en provenance du signal de porteuse modulée
et établir une corrélation entre des séquences de symboles sélection-
nées recueillies et une pluralité de versions retardées d'une séquence
PN locale de symboles pour convertir la séquence de symboles sélec-
tionnée en une combinaison de bits.
On va maintenant décrire de façon plus détaillée la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma synoptique représentant une structure de transmission selon la présente invention; la figure 2 est un schéma synoptique représentant une structure de réception selon la présente invention; la figure 3 est un schéma synoptique d'un exemple de mode de réalisation de la structure de transmission de la présente invention, ce schéma représentant la structure de transmission de façon plus détaillée; la figure 4 est un schéma synoptique d'un exemple de mode de réalisation de la structure de réception de la présente invention, ce schéma représentant la structure de réception d'une façon plus détaillée; la figure 5 est un graphique de la performance "taux d'erreurs de bits en fonction du rapport Eh/No " dans le cas de l'invention; et la figure 6 est une variante de mode de réalisation de la
structure de transmission selon la présente invention.
On va se référer maintenant à divers modes de réalisation préférés de l'invention dont des exemples sont illustrés sur les dessins
annexés. La présente invention crée un système de modulation/ démo-
dulation et son procédé de mise en oeuvre, ce système permettant la transmission d'un signal de message à une vitesse plus élevée et/ou à
des niveaux de puissance plus faibles que ce qu'il était possible d'obte-
nir avec les systèmes de communications numériques de la technique antérieure. La présente invention est une variante de la technique de modulation par étalement du spectre et à séquences directes, variante dans laquelle, au lieu de multiplier le signal de message par une séquence PNpour moduler le signal, on décale une paire de séquences PN l'une par rapport à l'autre, la quantité de décalage étant modifiée pour représenter le signal de message. Du fait que les bits de message sont représentés par des séquences PN retardées, plutôt que d'être transmises directement, un plus grand nombre de bits peut être
transmis en moins de temps qu'avec les systèmes traditionnels à étale-
ment du spectre et à séquences directes.
La figure 1 représente un mode de réalisation préféré pour
une structure de transmission, référencée 12 dans son ensemble, desti-
née au système de modulation à décalage par fragments de temps selon la présente invention. Comme représenté sur la figure 1, la structure de transmission 12 comprend une paire de générateurs de séquences PN, qui sont désignés comme étant le générateur PN pilote 14 et le générateur PN de symbole 16, qui produisent deux séquences PN distinctes. Les générateurs PN pilote et de symbole, 14, 16, peuvent être de n'importe quel type de générateur PN connu dans la technique, constitué par exemple par un ou plusieurs registres à décalage ou bistables, qui possèdent, de préférence, les propriétés aléatoires de
compensation, de défilement et de corrélation que possèdent les systè-
mes à étalement de spectre et à séquences directes. Les séquences PN produites par le générateur PN pilote et le générateur PN de symboles
sont de préférence périodiques et contiennent un nombre égal d'inter-
valles de temps ou fragments de temps. La longueur des séquences générées par les générateurs PN pilote et de symboles, 14, 16, sont de préférence périodiques et contiennent un nombre égal d'intervalles de temps ou fragments de temps. Toutefois, la longueur des séquences générées par les générateurs PN pilote et de symboles, 14, 16, peuvent être modifiées mais la longueur minimum pour une application donnée est de préférence 2k-l, o K est le nombre désiré de bits de données par symbole (comprenant le bit de polarité). Dans la présente invention, la
séquence PN générée par le générateur PN pilote 14, que l'on appelle-
ra la séquence pilote, sert de préférence de référence de rythme ou base de temps pour le système de modulation/démodulation, tandis que la séquence PN générée par le générateur PN 16, que l'on appellera la séquence de symboles, peut être utilisée pour représenter des symboles
logiques, comme on va le décrire de façon plus détaillée ci-après.
Comme on peut le voir sur la figure 1, une horloge PN 18 est
de préférence associée tant au générateur PN pilote 14 qu'au généra-
teur PN de symboles 16 pour commander la génération des séquences pilotes et de symboles. Du fait que les deux générateurs 14, 16 sont
commandés par la même horloge, ils fonctionnent à la même fréquen-
ce, et l'époque de chaque séquence est synchronisée entre les généra-
teurs. Selon une autre possibilité, les générateurs PN 14, 16 peuvent être commandés par des horloges séparées qui sont synchronisées
mutuellement et qui fonctionnent à la même fréquence. La synchroni-
sation entre les séquences PN fournit une référence de rythme, ou base
de temps, pour une démodulation.
La séquence de symboles provenant du générateur PN de symboles 16 est fournie à une ligne à retard 20 à prises de sortie. La ligne à retard 20 à prises de sortie engendre une pluralité de symboles à partir de la séquence PN de symboles, chaque symbole correspondant à un décalage temporel ou retard particulier de la séquence PN de symboles par rapport à l'époque de la séquence PN pilote. La ligne à retard 20 à prises de sortie comprend une pluralité de prises de sortie, référencées 22, qui sont associées chacune à l'un des symboles. La
structure 24 de sélection de symboles est associée aux prises de prélè-
vement 22 pour effectuer une sélection parmi les prises en se basant sur un signal de message provenant d'une source de données 26. Un ou plusieurs bits présents dans le signal de message peuvent servir d'adresse, la structure 24 de sélection de symboles sélectionnant comme sortie la prise de symbole correspondant à l'adresse. Comme représenté sur la figure 1, la sélection d'une prise de sortie est commandée par une horloge 25 de symboles qui est obtenue à partir de l'horloge PN par un diviseur d'horloge 27. La fréquence ou cadence de l'horloge de symboles présente de préférence une relation de nombre entier vis-à-vis de la fréquence d'horloge PN et est de préférence la vitesse d'horloge PN divisée par le nombre de fragments de temps par
bit, aussi bien que par le nombre de bits par symbole dans l'applica-
tion particulière. L'horloge de symboles commande, de préférence, la structure de sélection de symboles, de telle sorte qu'une seule prise de sortie soit sélectionnée pendant chaque période de symbole. La version retardée de la séquence de symboles provenant de la prise sélectionnée
est transmise, en même temps que la séquence PN pilote, à un modula-
teur 28, o les séquences de symboles et pilotes modulent des canaux
séparés d'une porteuse 30.
La figure 2 représente un mode de réalisation préféré de structure réceptrice, référencée 32 dans son ensemble et conforme à la présente invention. Dans la présente invention, la tache de la structure réceptrice 32 est d'identifier le décalage ou "symbole" de l'époque de
la séquence de symboles reçue, cela pendant chaque période de symbo-
le. On remplit cette tâche, de préférence en effectuant une corrélation de la séquence de symboles reçue, provenant de la porteuse modulée, avec toutes les positions décalées potentielles d'époque, en réduisant la largeur de bande à celle de la fréquence de symboles, en intégrant les corrélations filtrées et en sélectionnant le symbole candidat présentant la plus grande corrélation. Comme représenté sur la figure 2, la structure réceptrice 32 comprend un récepteur classique 34 qui détecte la porteuse modulée et effectue un verrouillage de porteuse et une récupération du signal de bande de base analogique de symbole
d'une manière classique. De plus, le récepteur 34 comprend, de préfé-
rence, une structure destinée à aligner une séquence PN pilote, que l'on appellera séquence pilote locale, générée par un générateur PN pilote local 36, avec la séquence pilote détectée et recueillie à partir de la porteuse modulée. Le récepteur 34 aligne les séquences pilotes locales et les séquences pilotes reçues en alignant les époques des
deux séquences.
Le démodulateur 32 comprend aussi un deuxième générateur
PN 38, que l'on appellera le générateur local de séquences de symbo-
les, lequel est identique au générateur PN 16 de symboles de la structure de transmission 12, et une deuxième ligne à retard 40 à prises de sortie, qui, de préférence, a une structure similaire à celle
de la ligne à retard 20 à prises de sortie de la structure de transmis-
sion. La ligne à retard 40 à prises de sortie génère une pluralité de symboles comprenant des versions retardées de la séquence PN locale de symboles, d'une manière similaire à la ligne à retard 20 à prises de sortie de la structure de transmission, le nombre de symboles générés étant le même pour les deux lignes à retard à prises de sortie. Les générateurs locaux pilotes et de séquences de symboles, 36, 39, sont commandés par le même signal d'horloge PN 42 qui est synchronisé
sur l'horloge PN 18 de la structure de transmission grâce au verrouilla-
ge de porteuse effectué par le récepteur 34. Le fait de commander les
deux générateurs de séquences avec la même horloge a pour consé-
quence d'aligner l'époque du générateur local de séquence de symboles sur l'époque de la séquence locale PN pilote et, par conséquent, de
façon correspondante, sur l'époque des séquences pilotes et de symbo-
les dans la structure de transmission 12. L'alignement entre les épo-
ques de séquences de symboles et pilotes dans la structure de
transmission 12 et dans la structure de réception 32 permet aux décala-
ges des séquences de symboles, produits par la ligne à retard 40 à prises de sortie de la structure de réception, de correspondre à ceux générés par la ligne à retard 20 à prises de sortie de la structure de
transmission, en permettant ainsi à la structure de réception d'identi-
fier le décalage d'époque et de décoder le signal.
Comme représenté sur la figure 2, la bande de base analogi-
que, à laquelle s'ajoute le signal de bruit 43 recueilli par le récepteur
34, est quantifiée ou échantillonnée par un convertisseur analogique-
numérique 44 et est multipliée par la séquence de symboles retardée présente à chaque prise de sortie de la pluralité de prises de sortie 46 de la ligne à retard 40 par la structure 48. Les produits résultant de la
multiplication du signal échantillonné de bande de base par les décala-
ges des séquences de symboles sont filtrés chacun par une structure 50 de filtre passe-bas et sont sommés sur une période de symbole dans une structure de sommation 51. A la fin de chaque période de symbole,
chaque somme est comparée avec un seuil prédétermriné dans un dispo-
sitif de comparaison, tel que celui représenté en 52, et la somme qui dépasse le seuil est identifiée et convertie par un décodeur 54 de combinaisons de bits sous la forme d'une combinaison de bits. La combinaison de bits en provenance du décodeur 54 correspond à la combinaison de bits de source initiale de la structure de transmission
12. La combinaison de bits convertie est combinée avec les combinai-
sons de bits générées pendant les périodes de symboles précédente et
suivante pour donner une chaîne 55 de données en série qui corres-
pond à la chaîne initiale de données en provenance de la source 26.
La figure 3 représente de façon plus détaillée un exemple de
mode de réalisation de la structure de transmission 12 selon la présen-
te invention. Cet exemple de mode de réalisation représente une appli-
cation de l'invention du type à quatre bits par symbole. Toutefois, le mode de réalisation à quatre bits par symbole représenté sur la figure
n'est donné qu'à titre représentatif de la diversité de modes de réalisa-
tion selon lesquels la présente invention peut être mise en oeuvre. La présente invention peut être utilisée pour transmettre n'importe quel nombre de symboles, ou de bits de données par symbole, sans sortir de
son cadre pourvu que le nombre de bits de données par symbole satis-
fasse à l'équation K = 1 + LOG2M, sachant que K représente le nombre
de bits de données et M représente le nombre de symboles. De plus.
l'invention peut être mise en oeuvre en utilisant d'autres technologies
* numériques et/ou analogiques, sans pour autant sortir de son cadre.
Comme représenté sur la figure 3, dans la présente invention le générateur 14 de séquences PN pilotes et le générateur 16 de séquences PN de symboles sont commandés, de preférence, par la même horloge PN
18 qui fonctionne, de préférence, à une fréquence plus élevée que la ca-
dence de bits de données provenant de la source 26 de données. L'horloge
PN 18 peut fonctionner à n'importe quelle fréquence ou cadence de frag-
ments de temps, la cadence de fragments de temps sélectionnée dépendant uniquement de la cadence de symboles désirée et du nombre desiré de bits de données par symbole pour l'application. L'horloge PN ou cadence de fragments de temps pour une application particulière peut être calculée comme suit: FPN CLK = Fsymbole* bits par symbole * fragments de temps par bit, o FPN CLK = fréquence d'horloge PN en fragments de temps par seconde, et Fsymbole = la cadence de symbole désirée. L'utilisation
d'une seule horloge PN 18 pour les deux générateurs 14, 16 de séquen-
ces PN verrouille mutuellement le fonctionnement de ces générateurs et a pour effet que les époques des séquences pilotes et de symboles restent à coup sûr alignées. Pour que, en outre, il se produise à coup sûr un alignement temporel entre les séquences pilotes et les séquences de symboles dans le cas d'une panne ou autre difficulté dans l'horloge PN 18 ou dans les générateurs PN 14, 16, une impulsion de synchronisation peut être envoyée périodiquement par le générateur 14 de séquences PN pilotes vers le générateur 16 de séquences PN de symboles. Cette impulsion de synchronisation représentée en 56 sur la figure 3 est émise, de préférence, à l'époque de la séquence pilote et amène le générateur 16 de séquences de symboles à recaler sur la séquence de symboles à
l'époque, si la séquence de symboles ne se trouve pas déjà à cette épo-
que. L'impulsion de synchronisation 56 est également transmise de
préférence à un diviseur d'horloge de données et à un diviseur d'horlo-
ge de symboles, ce que l'on va décrire de façon plus détaillée ci-après.
afin de remettre à zéro les horloges de données et de symboles.
La séquence de symboles provenant du générateur PN 16 est fournie à la ligne à retard 20 à prises de sortie qui, dans l'exemple de mode de réalisation de la figure 3, est un registre à décalage. Alors que la figure 3 représente un registre à décalage comme étant la ligne à retard à prises de sortie, on comprendra que l'invention n'est pas limitée à l'utilisation d'un registre à décalage mais peut comprendre n'importe quel dispositif numérique, analogique ou autre dispositif qui fonctionne comme une ligne à retard à prises de sortie, y compris, par
exemple, des dispositifs à transfert de charges et des bascules bista-
bles D disposées côte-à-côte. En outre, on comprendra que le disposi-
tif ou agencement utilisé pour la ligne à retard à prises de sortie peut comporter n'importe quel nombre d'étages selon le nombre voulu de bits devant être représentés par les symboles. Le registre à décalage,
dans l'exemple de mode de réalisation représenté sur la figure 3.
comporte huit étages de registres à décalage afin de représenter les trois bits sans polarité, les plus à gauche, dans le système à quatre bits
par symbole. Le registre à décalage 20 est commandé, de préférence.
par la même horloge PN 18 que celle des générateurs 14, 16 de
séquences pilotes et de symboles, ou dans une variante, par une horlo-
ge ayant la même fréquence que l'horloge PN 18 et sont synchronises avec cette horloge, afin d'entrer et de décaler les fragments de temps dans la séquence de symboles par l'intermédiaire du dispositif à la
fréquence d'horloge PN.
Après chaque cycle d'horloge PN chaque étage de registre à décalage contient un fragment de temps différent dans la séquence de symboles. Le registre à décalage 20 saisit et décale les fragments de
temps successifs de la séquence de symboles et génère ainsi une plura-
lité de versions retardées de la séquence de symboles, la séquence de
symboles à chaque étage successif de registre à décalage, étant retar-
dée d'un fragment de temps supplémentaire par rapport à l'époque des séquences PN pilotes et de symboles. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, chaque étage de registre à décalage est identifié en tant que symbole particulier, comme par exemple des nombres symboles 0-7 représentés sur la figure 3, le numéro de symbole identifiant la version retardée de la séquence de symboles
correspondant à celui de l'étage de registre à décalage.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3.
pendant le fonctionnement du système, le premier fragment de temps dans la séquence de symboles, c'est-à-dire le fragment de temps 0. est introduit dans le premier étage du registre à décalage, identifié comme étant le symbole 0, pendant la première transition d'horloge PN. Au moment de la transition d'horloge PN suivante, le premier fragment de temps est décalé jusqu'au deuxième étage, c'est -à-dire le symbole 1, et le deuxième fragment de temps est introduit dans le premier étage, c'est- à-dire le symbole 0. Au moment de la transition d'horloge PN suivante, le troisième fragment de temps est introduit en tant que symbole 0 et les deux fragments de temps antérieurs sont décalés jusqu'aux symboles 2 et 1 respectivement. Le registre à décalage
continue à fonctionner de cette manière pour chaque transition d'horlo-
ge PN, en introduisant et en décalant les fragments de temps de la séquence de symboles à travers le registre à décalage. Quand le nombre de fragments de temps dépasse le nombre d'étages du registre
à décalage, le fragment de temps le plus ancien est éliminé du registre.
Comme représenté sur la figure 3, chaque étage du registre à décalage est associé à une prise de sortie référencée 22, qui est reliée à son tour à une structure de sélection de symboles. Dans cet exemple de mode de réalisation, la structure de sélection de symboles comprend un multiplexeur 58 qui peut être de n'importe quel type classique convenant pour effectuer une sélection parmi les prises de sortie 22 du
registre à décalage en se basant sur une adresse fournie au multi-
plexeur. Comme représenté aussi sur la figure 3, dans cet exemple de mode de réalisation, la structure de sélection de symboles comprend aussi un deuxième registre à décalage 60, que l'on appellera registre à
décalage de données, qui est relié à la source de données 26 pour rece-
voir les bits successifs d'une chaîne de bits de données ou de messages et former une adresse de multiplexeur. Le registre à décalage de données représenté sur la figure 3 comprend 4 étages, de sorte que 4 bits sont représentés par chaque symbole. Toutefois, on comprendra que le registre à décalage de données 60 peut comporter n'importe quel nombre d'étages selon le nombre voulu de bits par symbole pour l'application particulière de l'invention, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Le registre à décalage de données est actionné par un signal d'horloge de données 61 qui est de préférence extrait de l'horloge PN 18 par le diviseur d'horloge 62, de manière qu'il existe une relation de nombre entier entre l'horloge PN, ou cadence de fragments de temps, et l'horloge de données, ou cadence de bits. Cette relation de nombre entier a pour effet l'absence à coup sûr d'un chevauchement de symboles entre les périodes de séquences PN successives. Dans le mode de réalisation préféré, une chaîne de bits de messages ou de données provenant de la source 26 est introduite et ) décalée dans le registre à décalage de données 60 à la fréquence ou
cadence d'horloge.
Comme représenté sur la figure 3, la structure de sélection de symboles peut aussi comprendre un troisième registre à décalage 64 que l'on appellera ci-après le registre de sélection de symboles. Le registre 64 de sélection de symboles contient, de préférence le même nombre d'étages que le registre 60 à décalage de données et fournit des
adresses de sélection de symboles au multiplexeur 58 à partir du regis-
tre 60 à décalage de données. Le registre 64 de sélection de symboles transfert des adresses de sélection de symboles au multiplexeur 58 au moment de la transition du signal 65 d'horloge de symboles, lequel signal est extrait du signal d'horloge de données par le diviseur 66
d'horloge de symboles. L'horloge de symboles est de préférence obte-
nue par division de la fréquence d'horloge de données par le nombre de bits par symbole dans cette application, ce qui fait que l'horloge bascule, en transférant une nouvelle adresse au multiplexeur 58, après qu'un nouvel ensemble de bits de données a été incorporé au cycle ayant lieu dans le registres 60 à décalage de données et le registre 64
de sélection de symboles.
Les prises de sortie, qui sont référencées collectivement 68.
sont disposées à chaque étage du registre 60 à décalage de données.
Chacune des prises de sortie 68 est, à son tour, associée à un étage du registre 64 à décalage de symboles, de sorte que le contenu du registre à décalage de données est verrouillé dans le registre de sélection de symboles à la cadence d'horloge. Quand l'horloge de symboles effectue ses cycles, le contenu du registre 64 de sélection de symboles est transmis au multiplexeur 58 par l'intermédiaire des prises de sortie 70 associées à chaque étage du registre de sélection de symboles. Le multiplexeur sélectionne une prise de sortie 22 à partir du contenu du registre de sélection de symboles. Une fois qu'une prise de sortie a été
sélectionnée par le multiplexeur, la séquence de symboles est transfé-
rée de cette prise au modulateur pendant la durée de la période de symbole Au moment de la transition de l'horloge de symboles, si le
contenu du registre a été modifié, la sélection de prise est modifiée.
ce qui fait que la séquence de symboles est transmise par l'intermé-
diaire d'une prise différente, de sorte qu'une version retardée différen-
te de la séquence de symboles est transmise au modulateur. Du fait du décalage des fragments de temps de séquence de symboles dans le
registre à décalage 20, ainsi que de la différence de temps entre l'épo-
que de la séquence PN et le cycle d'horloge de symboles, la position des fragments de temps de la séquence à l'endroit de chaque prise sélectionnée varie. Le retard entre la position de fragment de temps à
l'endroit de la prise sélectionnée et l'époque de séquence pilote COTreS-
pond à la chaîne de bits de message représentée par le symbole, et
c'est ce retard qui est identifié dans la structure réceptrice 32 pour-
décoder le symbole sous la forme d'une chaîne de bits.
Comme représenté sur la figure 3, un étage des registres 60,.
64 de décalage de données et de sélection de symboles peut être utilisé comme un bit de polarité de séquence. L'utilisation d'un bit de polarité est facultative mais ce bit peut être utilisé pour doubler le nombre de
symboles représentés par une séquence PN de symboles, donnée.
Normalement, le nombre maximum de symboles qui peut être représen-
té par une séquence PN de symboles donnée est égal à la longueur de
la séquence PN de symboles. Toutefois, le fait d'utiliser un bit de po-
larité double ce nombre maximum de symboles. Si un bit de polarité est utilisé, alors l'adresse de multiplexeur est de préférence formée à partir des étages de bits exempts de polarité du registre 64 de sélection de symboles, le bit le plus à droite 72 des registres de sélection de données et de symboles servant de bit de polarité. La séquence de
symboles sélectionnée est combinée avec le bit de polarité, par exenm-
ple par une addition modulo 2 ou un dispositif à logique OU EXCLU-
SIF, tel que celui représenté sur la figure 4, avant que la porteuse soit modulée. La séquence retardée provenant de la prise sélectionnée, c'est-à-dire la séquence retardée combinée avec un bit de polarité. si un bit de polarité est utilisé, est transmise en même temps que la séquence pilote au modulateur 76 o elle est modulée à l'aide d'une
porteuse haute fréquence (RF) 30. Dans l'exemple de mode de réalisa-
tion représenté sur la figure 4, le modulateur 76 est un modulateur
pour modulation par déplacement de phase à quatre états et à étale-
ment de spectre (QPSK) dans lequel la version retardée sélectionnée de la séquence de symboles est appliquée au canal Q du modulateur et
la séquence pilote est appliquée au canal I du modulateur. Toutefois.
on comprendra que bien que l'invention soit décrite par rapport à un modulateur à QPSK à étalement de spectre, il est possible d'utiliser d'autres types de modulateur pour modulation par déplacement de phase à M-états dans la présente invention sans sortir du cadre de l'invention. La figure 4 représente un autre détail d'un exemple de mode
de réalisation de structure de réception 32 selon la présente invention.
Comme représenté sur la figure 4, la structure réceptrice 32 comprend
un récepteur qui, dans l'exemple de mode de réalisation, est un récep-
teur 34 QPSK à étalement du spectre. Le récepteur 34 peut être un type quelconque de récepteur QPSK à étalement du spectre qui est
connu dans la technique et qui assure un verrouillage de porteuse.
l'alignement d'une époque de séquence pilote locale avec l'époque de séquence pilote reçue, et la récupération d'un signal de bande de base analogique 43 à partir du canal Q. En plus d'assurer un verrouillage de porteuse, un alignement et une récupération du signal de bande de base 43, le récepteur 34 procure aussi, de préférence, un signal d'horloge PN, référencé 42 sur la figure 4, qui est aligné avec l'horloge PN de la structure de transmission d'une manière classique quand le récepteur se verrouille sur la porteuse. Le récepteur 34 comprend aussi, de préférence, une commande 45 de synchronisation d'époque, comme
représenté sur la figure 4, pour ajuster la place de la séquence PN pi-
lote locale générée par un générateur PN local à l'aide d'un générateur PN local afin de faire concorder la séquence pilote locale avec la
séquence pilote reçue, c'est-à-dire de la verrouiller sur cette dernière.
Comme mentionné ci-dessus, la structure réceptrice 32
comprend un générateur PN pilote local 36 destiné à générer une sé-
quence pilote locale. De plus, la structure réceptrice comprend un générateur PN de symboles local 38 qui génère une séquence locale de symboles. Les générateurs locaux 36, 38 PN pilote et de symboles sont
commandés par le signal d'horloge PN 42 provenant du récepteur 34.
De préférence, les générateurs locaux PN pilote et de symboles sont commandé par une seule horloge PN, de la même manière que les générateurs PN 14, 16 de la structure de transmission 12 afin de
synchroniser le fonctionnement des générateurs. De plus, une impul-
sion de synchronisation d'époque 78, similaire à celle utilisée dans la structure de transmission 12 peut être transmise entre les générateurs
PN locaux 36, 38, pilote et de symboles, pour assurer une synchronisa-
tion dans le cas d'une panne ou autre difficulté survenant dans les
générateurs PN ou le récepteur. L'impulsion de synchronisation d'épo-
que 78 peut aussi être transmise aux diviseurs d'horloge de données et de symboles, 88, 90, pour remettre à zéro les signaux d'horloge de données et de symboles. Comme représenté sur la figure 4, la séquence PN provenant du générateur PN de symboles local 38 est transmise à une deuxième ligne à retard à prises, qui, dans l'exemple de mode de réalisation, est un registre à décalage 40. Le registre à décalage 40 génère une pluralité de versions retardées de la séquence locale de symboles, d'une manière similaire au registre à décalage 20 de la structure de transmission 12, par décalage des fragments de temps successifs de la séquence locale PN de symboles à travers les étages de registre à décalage. Dans l'exemple de mode de
réali-
sation représenté, le registre à décalage comporte 8 étages pour géenerer un même nombre de versions retardées de la séquence de symboles que dans le cas du registre à décalage 20 représenté sur la figure 3. Des prises
de sortie, référencées 80, sont associées à chaque étage de registre à deca-
lage de la même manière que dans la structure de transmission 12, pour émettre les versions retardées de la séquence locale de symboles au fur et
à mesure que la séquence locale de symboles est décalée dans le registre.
La séquence PN de symboles de la structure de transmission 12, de ma-
nière que la séquence à chacune des prises de sortie 80 de la structure ré-
ceptrice soit identique à la séquence à la prise correspondante de la struc-
ture de transmission.
La séquence de symboles de bande de base analogique, à
laquelle s'ajoute le signal de bruit 43 recueilli par le récepteur à étale-
ment de spectre QPSK 34, est quantifiée ou échantillonnée par un convertisseur A/D 44 à la fréquence d'horloge PN, comme représenté sur la figure 4. A partir du convertisseur 44, les échantillons de signal
de bande de base sont transmis à une pluralité de mélangeurs 82.
Chaque mélangeur 82 est aussi relié à une prise de sortie 80 d'un seul des étages du registre à décalage 40. Les mélangeurs 82 multiplient les échantillons de signal de bande de base par des fragments de temps
consécutifs provenant de chacune des prises de sortie au fur et à mesu-
re que la séquence de symboles PN locale effectue un cycle dans le registre à décalage 40. Si le fragment de temps à la prise de sortie est un "1", l'échantillon "symbole de bande de base + bruit" est multiplié
par 1. Si le fragment de temps à la prise de sortie est un "0", l'échan-
tillon "symbole de bande base + bruit" est multiplié par -1. Le produit de chaque multiplication de prise est appliqué à un filtre passe-bas. l'ensemble de ces filtres étant référencé 84. De préférence, la largeur de bande de chacun des filtres passe-bas 84 est calculée de manière à optimiser la valeur Eb/No, et sera, de façon caractéristique, à peu près
équivalente à la cadence de symbole.
Après avoir été filtré, chacun des produits est appliqué à un détecteur de produit par intégration et décharge (I&D), l'ensemble de ces détecteurs étant référencé collectivement 86, détecteur qui fait la somme des produits provenant d'une prise de sortie particulière
pendant chaque période de symboles. La période de symbole est calcu-
lée à partir de l'horloge PN par des diviseurs d'horloge 88XX et 90 de la même manière que dans la structure de transmission 12, de manière que la période de symbole de la structure réceptrice soit équivalente à la période de symbole de la structure de transmission. Selon le type de filtre utilisé dans les filtres passe-bas 84, il se peut que le signal
d'horloge 91 de symboles, obtenu par le diviseur d'horloge 90, nécessi-
te d'être retardé par le dispositif de temporisation 92 afin de tenir compte du retard physique que les signaux de produits de séquences de symboles prennent dans le filtre. La quantité de retard dépend du filtre spécifique 84 qui et utilisé, et est, de façon typique, de l'ordre de plusieurs fragments de temps. De plus, le signal 93 d'horloge de données peut aussi nécessiter d'être retardé de la même quantité de fragments de temps pour s'adapter aux filtres passe-bas 84 représentés
par la structure de retard 96.
A la fin de chaque période de symboles, chaque somme provenant des dispositifs I&D 86 est transmise, c'est-à-dire déchargée, vers un dispositif de comparaison à seuil, l'ensemble de ces dispositifs étant référencé 94, qui compare la valeur absolue de la somme avec un seuil prédéterminé. Le seuil prédéterminé peut être n'importe quelle quantité selon l'application, et est, de préférence, basé sur le nombre
de fragments de temps dans une période de symboles et sur le rapport si-
gnal/bruit pour le système. En général, le seuil prédéterminé doit corres-
pondre à la somme qui serait obtenue si chacun des échantillons de signal
de bande de base concordait avec chacun des fragments de temps succes-
sifs à une des positions de prise 80. Un bit indicateur est généré par les dispositifs 94 de comparaison à seuil quand une somme dépasse le seuil prédéterminé. De préférence, un seul dispositif 94 de comparaison à seuil unique génère un bit indicateur pendant chaque période de symboles afin d'identifier la séquence de symboles retardée pendant cette période. Le bit indicateur est transmis, comme représenté en 95, à un décodeur 54 de combinaison de bits qui identifie la source du bit indicateur et convertit
l'indicateur en combinaisons de bits. Si la polarité est utilisée, alors le dé-
codeur 54 détermine aussi si la somme qui a produit le bit indicateur est
positive ou négative, et convertit cette information en un bit de polarité.
La polarité de la somme est transmise depuis le dispositif de comparaison
94 comme représenté en 97.
Comme représenté sur la figure 4, une pluralité de prises de sortie 98 sont associées au décodeur 54 de combinaison de bits pour transférer la combinaison de bits convertie à un registre à décalage de données de sortie 100. La combinaison de bits est chargée en parallèle dans le registre à décalage de sortie 100 au point ou instant de la transition d'horloge de symboles retardée. Un fois qu'ils ont été chargés dans le registre à décalage de sortie 100, les bits individuels sortent de façon décalée sous la forme d'une chaîne 55 de données en série au point de transition du signal d'horloge de données, retardé. La chaîne 55 de
données en série représente la chaîne initiale de données en série prove-
nant de la source 26 de données dans la structure de transmission.
Par conséquent, comme décrit ci-dessus, dans la présente
invention de nombreuses versions retardées d'une séquence de symbo-
les sont générées par une ligne à retard à prises de sortie et les versions retardées sont transmises sélectivement pour représenter des combinaisons de bits ou des symboles logiques. Dans le récepteur. le
retard sélectionné dans la séquence de symboles est identifié et recon-
verti en combinaison initiale de bits. Du fait que le retard entre une
séquence PN de symboles et une deuxième séquence pilote pour repré-
senter des combinaisons de bits contenant deux ou plus de deux bits de message, le système de modulation de la présente invention permet la transmission d'un plus grand nombre de bits par symbole et, de ce fait, permet la transmission de données à une vitesse plus grande que
dans les systèmes à étalement de spectre antérieurs à séquences directes.
De plus, dans le système de la présente invention, le rapport
Eb/No qui existe à l'entrée des détecteurs de produits et qui est néces-
saire pour établir un taux spécifié d'erreurs de symboles (SER) se rapproche étroitement de la caractéristique du taux d'erreurs de bits en fonction de EF/No (BER) d'une signalisation unipolaire. Toutefois, le
système de la présente invention peut représenter de nombreux symbo-
les pendant le même intervalle de temps et au même SER que ceux
qu'une signalisation peut représenter, ce qui fait que l'on peut augmen-
ter considérablement la cadence ou débit de bits sans augmenter le
rapport S/N.
La figure 5 est une représentation graphique des performan-
ces relatives du taux d'erreurs de bits en fonction de Eb/No d'un exem-
ple de mode de réalisation de la présente invention. Le graphique de la figure 5 indique les performances pour des valeurs de K allant de 1 à 32 bits par symbole, la courbe K-4 indiquant les performances pour un système à quatre bits par symbole, tel que représenté dans l'exemple de mode de réalisation des figures 3 et 4. Les courbes BER en fonction de Eb/No sur la figure 5 représentent les performances du système pour des exemples de modes de réalisation dans lesquels un codage de source n'est pas utilisé. On peut obtenir une réduction supplémentaire
du rapport Eb/No pour un nombre donné de bits par symbole en utili-
sant un codage de source.
La figure 6 représente une variante de mode de réalisation pour la structure de transmission 12 de la présente invention. Dans
cette variante, on utilise un modulateur pour modulation par déplace-
ment linéaire de phase (BPSK) 104 et un récepteur pour transmettre et
recevoir le signal de porteuse modulée. Le modulateur BPSK 104 utili-
se seulement un canal de communication unique 102 pour transmettre
les séquences PN. C'est pourquoi, plutôt que de transmettre la séquen-
ce pilote et des versions retardées sélectionnées de la séquence de symboles sur des canaux séparés et d'aligner la séquence pilote locale
de la structure réceptrice avec l'époque de séquence pilote de la struc-
ture de transmission au fur et à mesure que les signaux sont reçus.
comme dans le mode de réalisation QPSK, la séquence pilote et les versions retardées sélectionnées de la séquence de symboles sont transmises consécutivement au récepteur. Dans le mode de réalisation BPSK, la séquence pilote est transmise initialement au récepteur. et est utilisée pour aligner la séquence pilote du récepteur avec la
séquence de la structure de transmission.
Après un intervalle de temps prédéterminé, durant lequel est effectué l'alignement de l'époque de la séquence pilote locale avec
l'époque de séquence pilote de la structure de transmission, le modula-
teur BPSK 104 déclenche la transmission des versions retardées sélec-
tionnées de la séquence de symboles. On peut commander la commuta-
tion faisant passer une transmission de séquences pilotes à une
transmission de séquences de symboles sélectionnées à l'aide d'un dis-
positif de temporisation 106 qui envoie un signal à un commutateur 108, associé au modulateur 104, un nombre prédéterminé de fragments
de temps après que les communications du système ont été déclen-
chées. Lors de la réception du signal de temporisation, la position du
commutateur serait modifiée de manière que les séquences de symbo-
les sélectionnées plutôt que la séquence pilote seraient transmises au modulateur. Le commutateur resterait dans cet état pendant la dure des communications, en permettant à des versions retardées de la
séquence de symboles d'être transmises continuellement au récepteur.
En plus du mode de réalisation de la figure 6, on peut utiliser des variantes de modes de réalisation supplémentaires sans sortir du
cadre de l'invention. Ces variantes de modes de réalisation compren-
nent des modes de réalisation dans lesquels un ou plusieurs compo-
sants numériques sont remplacés par leurs équivalents analogiques tels que, par exemple, des dispositifs d'échantillonnage et de blocage pour
les détecteurs de produit I&D, des filtres à amplificateurs opération-
nels pour les filtres passe-bas numériques, et des mélangeurs à diodes
pour les mélangeurs numériques.
Il est bien entendu que la description qui précède n'a été don-
née qu'à titre illustratif et non limitatif de la présente invention.

Claims (31)

REVENDICATIONS
1. Procédé pour moduler et démoduler un signal de données contenant un ou plusieurs bits de données, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à générer une séquence PN pilote; à générer une séquence PN de symboles présentant une épo- que synchronisée avec une époque de la séquence PN pilote; à produire une pluralité de versions retardées de la séquence PN de symboles, chaque version retardée de la séquence de symboles présentant un décalage temporel distinct par rapport à l'époque de la séquence PN pilote; à effectuer une sélection parmi les versions retardées de la séquence PN de symboles en se basant sur un ou plusieurs bits de données du signal de données; à moduler un signal de porteuse avec la séquence PN pilote et des versions retardées de la séquence PN de symboles; à transmettre le signal de porteuse modulé par l'intermédiaire d'un canal de communication; et à démoduler le signal de porteuse modulé, pour récupérer le signal de données, par corrélation de la séquence de symboles retardée du signal de porteuse avec une ou plusieurs versions retardées de la
séquence PN de symboles.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, l'étape de génération d'un signal d'horloge PN pour synchroniser la génération des séquences PN pilotes et des
séquence PN de symboles.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, les étapes consistant à former une adresse à partir d'un ou de plusieurs bits de données du signal de données, à associer une prise de sortie à chaque version retardée de la séquence PN de symboles, et à utiliser l'adresse formée à partir des bits de données
pour effectuer une sélection parmi les prises de sortie.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, les étapes consistant à générer un signal d'horloge de données à partir du signal d'horloge PN et à utiliser le signal
d'horloge de données pour commander la formation de l'adresse.
5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, l'étape consistant à établir une polarité pour la version retardée sélectionnée de la séquence PN de symboles.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des versions retardées de la séquence PN de symboles est retardée d'un fragment de temps par rapport à une version retardée
immédiatement précédente.
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les séquences PN pilotes et de symboles sont périodiques et la séquence PN pilote et la séquence PN de symboles contiennent un nombre égal
de fragments de temps.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, les étapes consistant à générer une deuxième séquence PN pilote et à aligner l'époque de la deuxième séquence PN pilote avec l'époque de la séquence PN pilote provenant du signal de
porteuse modulé.
9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, les étapes consistant à générer une deuxième séquence PN de symboles, à aligner l'époque de la deuxième séquence PN de symboles avec l'époque de la deuxième séquence PN pilote et à produire un ensemble de versions retardées de la deuxième séquence PN de symboles, chacune des versions retardées de la deuxième séquence PN de symboles étant retardée d'un nombre distinct de fragments de temps par rapport à l'époque de la deuxième séquence pilote.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, les étapes consistant à récupérer un signal de bande de base analogique à partir du signal de porteuse modulée et à multiplier le signal de bande de base analogique par chacune des
versions retardées de la deuxième séquence PN de symboles.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, les étapes consistant à filtrer et à faire la somme du produit du signal de bande de base analogique par chacune des versions retardées de la deuxième séquence PN de symboles sur une
période de symbole et à comparer chaque somme avec un seuil prédé-
terminé.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, l'étape consistant à déterminer si oui ou non
chaque somme dépasse le seuil prédéterminé, et à générer une combi-
naison de bits qui correspond à la somme qui dépasse le seuil prédéter-
miné.
13. Procédé de transmission d'un signal de données dans un système de communications à étalement de spectre, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à générer une première séquence PN pilote; à générer une première séquence PN de symboles; à aligner les époques des première et deuxième séquences PN pilote et de symboles; à produire une pluralité de versions retardées de la première séquence PN de symboles; à effectuer une sélection parmi les versions retardées de la première séquence PN de symboles en fonction du signal de données; à moduler des canaux séparés d'un signal de porteuse avec la première séquence PN pilote et les versions retardées sélectionnées de la première séquence PN de symboles; à générer une deuxième séquence PN pilote; à générer une deuxième séquence PN de symboles; à produire une pluralité de versions retardées de la deuxième séquence PN de symboles;
à établir une corrélation entre des versions retardées sélec-
tionnées de la première séquence PN de symboles provenant du signal de porteuse modulée et des versions retardées de la deuxième séquence PN de symboles; à faire la somme des signaux corrdlés sur une période de symbole; à comparer les sommes avec un seuil prédéterminé; et à convertir la somme qui dépasse le seuil prédéterminé en une
chaîne de bits.
14. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il assure une transmission de données avec un rapport Eb/No inférieur
à -1,6dB.
15. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, l'étape consistant à établir la polarité de la
version retardée sélectionnée de la première séquence PN de symboles.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que
les première et deuxième séquences PN de symboles sont équivalentes.
17. Système de modulation/démodulation destiné à être utili-
sé pour transmettre un signal de message contenant un ou plusieurs bits de données, ce système étant caractérisé en ce qu'il comprend: une structure de transmission (12) comprenant:
un générateur PN (14) pilote destiné à générer une sé-
quence PN pilote périodique un générateur PN (16) de symboles destiné à générer une séquence PN de symboles périodique présentant une époque synchronisée avec l'époque de la séquence PN pilote;
une ligne à retard (20) à prises de sortie, reliée au géné-
rateur PN de symboles pour générer une pluralité de versions retardées de la séquence PN de symboles; une structure (24) de sélection de symboles associée à la
ligne à retard à prises de sortie pour effectuer une sélec-
tion parmi les versions retardées de la séquence PN de symboles en se basant sur un ou plusieurs des bits de données du signal de message, et un modulateur (28) destiné à moduler un signal de
porteuse avec la séquence PN pilote et les versions re-
tardées sélectionnées de la séquence PN de symboles; et une structure réceptrice (32) destinée à récupérer le signal de
message par corrélation de la séquence PN de symboles retardée pro-
venant du signal de porteuse modulée avec des versions retardées
d'une séquence PN locale de symboles.
18. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une horloge PN (18) associée à la structure de
transmission pour synchroniser les générateurs de séquences PN pilo-
tes et de séquences PN de symboles.
19. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que
chacune des versions retardées de la séquence PN de symboles corres-
pond à un retard temporel distinct par rapport à l'époque de la séquen-
ce PN pilote.
20. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que chaque version retardée de la séquence PN de symboles correspond à
un retard d'un fragment de temps supplémentaire provenant de l'épo-
que de la séquence PN pilote par rapport à une version retardée immé-
diatement précédente.
21. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que la ligne à retard à prises de sortie comprend une pluralité de prises de sortie (22), chaque prise correspondant à une version retardée de la
séquence PN de symboles.
22. Système selon la revendication 17, caractérisée en ce que
le dispositif de structure de sélection de symboles comprend un multi-
plexeur (58).
23. Système selon la revendication 22, caractérisé en ce que la structure de sélection de symboles comprend, en outre, un registre à décalage de données, le registre à décalage de données étant relié à la source du signal de données pour recevoir un ou plusieurs bits de
données du signal de message.
24. Système selon la revendication 23, caractérisé en ce que le registre à décalage de données est associé au multiplexeur pour
fournir une adresse destinée au multiplexeur.
25. Système selon la revendication 24, caractérisé en ce qu'il
comprend, en outre, un diviseur d'horloge de données destiné à rece-
voir un signal d'horloge provenant de l'horloge PN et à générer un signal d'horloge de données pour commander l'entrée de bits de
données dans le registre à décalage de données.
26. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce quc le modulateur est un modulateur pour modulation par déplacement de phase à quatre états et la séquence PN est appliquée au canal I du modulateur et la version retardée sélectionnée de la séquence PN de symboles est appliquée au canal Q du modulateur pour moduler le
signal de porteuse.
27. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend une structure destinée à établir une polarité pour la version retardée sélectionnée de la séquence PN de symboles.
28. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que la structure réceptrice comprend, en outre, un générateur local de séquence PN pilote destiné à générer une séquence PN pilote locale, et un récepteur comportant une commande de temporisation pour aligner l'époque de la séquence PN pilote locale avec l'époque de la séquence
PN pilote récupérée à partir du signal de porteuse modulée..
29. Système selon la revendication 25, caractérisé en ce que la structure réceptrice comprend, en outre, un générateur local de séquence PN de symboles destiné à générer une séquence PN locale de
symboles correspondant à la séquence PN de symboles dans la struc-
ture de transmission.
30. Système selon la revendication 29, caractérisé en ce que la structure réceptrice comprend, en outre: une ligne à retard (40) à prises de sortie destinée à fournir
une ou plusieurs versions retardées de la séquence PN locale de sym-
boles;
un ou plusieurs mélangeurs (82) destinés à multiplier chacu-
ne des versions retardées de la séquence PN locale de symboles par un signal de bande de base récupéré par le récepteur; un ou plusieurs dispositifs de sommation (51) destinés à faire la somme des produits des versions retardées et du signal de bande de base;
un ou plusieurs dispositifs de comparaison à seuil (94) desti-
nés à comparer chacune des sommes avec un seuil prédéterminé; et un décodeur (54) de combinaisons de bits destiné à convertir les sommes qui dépassent le seuil prédéterminé en combinaisons de bits.
31. Système de modulation et de démodulation d'un signal de message contenant une chaîne de bits de données, ce système étant caractérisé en ce qu'il comprend: un premier générateur PN destiné à générer une première séquence PN comprenant une pluralité de fragments de temps; uns deuxième générateur PN destiné à générer une deuxième séquence PN comprenant une pluralité de fragments de temps en nombre égal au nombre de fragments de temps de la première séquence
PN, la deuxième séquence PN présentant une époque qui est synchro-
nisée avec une époque de la première séquence PN; une ligne à retard à prises de sortie, associée au deuxième générateur PN pour générer une pluralité de séquences de symboles à partir de la deuxième séquence PN, une ou plusieurs des séquences de symboles comprenant une version décalée de la deuxième séquence PN, chacune des séquences de symboles successives étant décalée d'un
fragment de temps supplémentaire par rapport à la séquence de symbo-
les précédente; une structure de sélection de symboles associée à la ligne à
retard à prises de sortie pour effectuer une sélection parmi les séquen-
ces de symboles en fonction de la chaîne de bits de données à transmettre; un modulateur relié au premier générateur PN et à la ligne à retard à prises de sortie pour moduler la première séquence PN et les séquences de symboles sélectionnées sur des canaux séparés d'une porteuse haute fréquence (RF) de manière à former un signal de porteuse modulée; et une structure de réception destinée à récupérer les séquences
de symboles sélectionnées en provenance du signal de porteuse modu-
lée et établir une corrélation entre des séquences de symboles sélec-
tionnées récupérées et une pluralité de versions retardées d'une se-
quence PN locale de symboles pour convertir la séquence de symboles
sélectionnée en une combinaison de bits.
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