inj khazzar zaki aissam (2).pdf

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEUR

ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Universit de Batna

Facult de Technologie

Dpartement de Gnie lectrique

Filire : Electronique

Mmoire

Prsent en vue de lobtention du diplme de Magister en Electronique

OPTION

Micro-onde pour Tlcommunication

PAR

ZakiAissam KHEZZAR

THEME

Acquisition Rapide des Signaux GNSS Par un Rcepteur Logiciel

Devant Le Jury:

Prsident: Mr. Moussa BENYOUCEF Pr. U. de Batna

Rapporteur: Mr. Lamir SAIDI M. C. (A) U. de Batna

Examinateurs: Mr. Djamel CHIKOUCHE Pr. U. de Msila Mr. Redha BENZID M. C. (A) U. de Batna

Remerciements

Jexprime ma profonde gratitude mon encadreur Dr. Lamir SAIDI, professeur luniversit de BATNA, pour mavoir accueilli au sein de son quipe et pour avoir dirig ce travail de thse avec autant de dvouement. Je le remercie trs sincrement pour la qualit de ses conseils, sa disponibilit, sa patience et son aide tout au long de ma thse.

Mes vifs remerciements monsieur Moussa BENYOUCEF Professeur luniversit de BATNA pour avoir accept de prsider mon jury, et Je le remercie pour son aide fraternel, et ces encouragements incessants.

Jadresse mes plus sincres remerciements aux membres de jury :

Monsieur Redha BENZID matre de confrences luniversit de BATNA, Monsieur Djamel CHIKOUCHE Professeur luniversit de MSILA, pour lintrt quils ont port ce travail en acceptant dtre membres de jury de ma thse.

Je tiens remercier particulirement tout le personnel de dpartement de gnie lectrique pour leur gentillesse et leur disponibilit.

Mes remerciements vont galement tous les enseignants et les responsables de notre dpartement, qui ont veillent sur notre formation.

Enfin, nous exprimons notre remerciement tous ceux qui ont contribu de prs ou de loin llaboration de ce travail.

I

Liste des acronymes et abrviations

ADC Analog-to-digital converter AFC Autocorrelation Function A-GNSS Assisted Global Navigational Satellite System ASIC Application Specific Integrated Circuit BPSK Binary Phase Shift Keying

C/A Coarse/acquisition code CW Continuous Wave

CDMA Code Division Multiple Access D-GNSS Diffrentiel-GNSS

DFT Discrete Fourier Transform

dB Decibel EGNOS European geostationary navigation overlay service FFT Fast Fourier Transform

Front End The portion of the GNSS receiver from the antenna to the IF signal FPGA Field Programmable Gate Array Galileo European satellite navigation system.

GEO Geostationary Earth orbit GLONASS Globalnaya Navigatsionnaya Spoutnikovaya Sistema GNSS Global Navigational Satellite System GPS Global Positioning System GSM Global system for mobile communications IF Intermediate Frequency I-Q In phaseQuadrature phase IRNSS (Indian Regional Navigational Satellite System) L1 The GPS and Galileo frequency fL1 = 1575.42 MHz LO Local Oscillator

LTI Linear Time-Invariant

LNA Low-Noise Amplifier

MEO Medium-Earth Orbit

II

PN PseudoNoise PSD Power Spectral Density

QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) UMTS Universal mobile telecommunications system 3G RF Radio Frequency SDR Software Defined Radio SNR SignaltoNoise Ratio SPS Standard Positioning Service WAAS Wide Area Augmentation System WGS-84 World Geodetic System 1984

III

Liste des figures

Figure 1.1. Dtermination du temps de transmission dun signal...............................................6 Figure 1.2. La position du rcepteur l'intersection des deux cercles. .......................................7 Figure. 1.3. Dtermination de la position par trois sphres. .......................................................7 Figure 1.4. Utilisation des positions connues pour trouver la position inconnue. ......................8 Figure 1.5. Relations entre les temps pour mesurer la distance. ...............................................10 Figure 1.6 : Principe de constitution dun rfrentiel godsique local. ..................................13 Figure 1.7. Bandes de frquences alloues par les signaux GNSS ...........................................14 Figure 1.8. Larchitecture du systme Diffrentiel-GNSS .......................................................16 Figure 1.9. Larchitecture du systme Assisted-GNSS. ...........................................................17 Figure. 2.1. La structure de gnrateur des signaux GPS. ........................................................20 Figure 2.2. Systme dtalement de spectre par la technique DS-SS. .....................................22 Figure.2.3. Modulation BPSK avec le code C/A ......................................................................24 Figure.2.4. Gnrateur des codes dtalements C/A code ........................................................25 Figure.2.5. Impulsion rectangulaire. .........................................................................................27 Figure.2.6. Spectre de limpulsion rectangulaire ......................................................................28 Figure. 2.7. Fonction de corrlation de limpulsion rectangulaire. ...........................................28 Figure. 2.8. Dcalage entre deux codes binaire alatoire ........................................................30 Figure. 2.9. Fonction dauto corrlation du code binaire alatoire ...........................................30 Figure 2.10. Fonction dauto corrlation de code PN(t) ...........................................................32 Figure. 2.11.Fonction dauto corrlation de C/A. .....................................................................33 Figure 2.12. Inter corrlation entre deux codes de satellites diffrents. ...................................35 Figure 2.13. Auto corrlation entre deux codes du mme satellite ...........................................35 Figure. 2.14. Auto-corrlation d'un code typique P(Y) ............................................................37 Figure 2.15. Densit spectrale de puissance des codes dtalements sur L1 ............................37 Figure 2.16. Structure des donnes de navigation GPS ............................................................39 Figure 2.17 Code Division Multiple Access. ............................................................................40

IV

Figure 3.1. Partitionnement des rcepteurs ...............................................................................45 Figure 3.2. Architecture dtaille de la Radio Logicielle Restreinte ........................................46 Figure 3.3. Architecture dAFE Analog Front End ...........................................................48 Figure 3.4. Architecture de rcepteur GNSS (SDR) .................................................................49 Figure 3.5. La partie dacquisition des signaux GNSS ............................................................51 Figure 3.6. Canal de reception (detail).....................................................................................52 Figure 3.7. La poursuite de phase de code ................................................................................53 Figure 3.8. : Espace de recherche pour lacquisition ................................................................56 Figure 3.10. Schma bloc de la recherche parallle sur lespace de code par FFT ..................60 Figure 3.11. Schma bloc de la recherche parallle sur lespace de frquences par FFT ........61 Figure 4.2. Auto corrlation entre deux codes d'un mme satellite "SAT4". ...........................65 Figure 4.3. Dtection du dbut du code PRN. ..........................................................................65 Figure 4.4. Le front-end utilis pour L1 ...................................................................................67 Figure 4.5. Reprsentation des 5000 chantillons "domaine ....................................................69 Figure 4.6. Histogramme des chantillons. ...............................................................................69 Figure 4.7.La recherche en sri de code ..................................................................................71 Figure 4.8. Estimation de dbut de code pour le signal de SAT 3 avec SSA ..........................72 Figure 4.9. Frquence intermdiaire correcte correspondante avec SSA .................................72 Figure 4.10. Acquisition de satellite 3 par la recherche SSA ...................................................73 Figure 4.11.Diagramme de lacquisition par la recherche parallle sur lespace de code ...........................................................................................................................................75 Figure 4.12. Technique de recherche par corrlation circulaire ...............................................76 Figure 4.13.Estimation de dbut de code pour SAT 21 avec PCA ...........................................76 Figure 4.14. Frquence intermdiaire correcte correspondante avec PCA ..............................77 Figure 4.15. Acquisition de satellite 21 par la recherche PCA .................................................78 Figure 4.16. Le signal dentre est parfaitement align avec le code PRN ..............................78 Figure 4.17 Pas destimation de dbut du code avec PCA pour le code SAT2 ........................79 Figure 4.18. Le SAT 2 est invisibilit .......................................................................................80 Figure4.19.Lespace de recherche pour lacquisition ...............................................................81

V

Liste des tableaux

Tableau 1.1. Stabilit et erreurs de synchronisation des diffrents types doscillateurs...........12 Tableau 2.1. Addition modulo-2 ..............................................................................................21 Tableau.2.2. Retard programm pour les codes C/A et P(y ......................................................26 Tableau.2.3. Comparaison entre le code C/A et le code P(Y) .................................................37 Tableau.3.1 Comparatif des diffrentes catgories de composants de traitement du signal. ......................................................................................................................................47

Tableau.4.1. Comparaison entre les complexits de calcul ......................................................82 Tableau 4.2. Temps dacquisition par FFT (PCA) ..................................................................82

VI

SOMMAIRE

Liste des acronymes et abreviations ................................................................................. I

Liste des figure ....................................................................................................................III

Liste des tableaux .............................................................................................................. IV

Introduction gnerle ...........................................................................................................1

Chapitre 1 Notions Fondamentales sur la Navigation par Satellite

1.1. Introduction ......................................................................................................................5

1.2. Le principe du positionnement .........................................................................................5

1.2.1. Le temps de transmission dun signal .......................................................................5

1.2.2. Dtermination de la position.....................................................................................6

1.3. Equations de base pour la navigation...............................................................................8

1.3.1. Equations de base .....................................................................................................8

1.3.2. Calcul de la pseudo distance ...................................................................................10

1.3.3. Mesure de la vitesse ................................................................................................11

1.3.4. Mesure du temps ....................................................................................................12

1.3.5. Horloges atomiques ................................................................................................12

1.3.6. Cartes et rfrentiels ...............................................................................................13

1.4. Systmes de navigation satellitaires existants ou en dveloppement ............................14

1.5. Architectures GNSS .......................................................................................................15

1.5.1. Diffrentiel GNSS (D-GNSS) ................................................................................16

1.5.2. Assisted-GNSS .......................................................................................................16

1.6. Conclusion .....................................................................................................................18

VII

Chapitre 2 Les Caractristiques des Signaux

2.1. Introduction ....................................................................................................................19

2.2. Structure de signal GPS .................................................................................................19

2.2.1. Frquences de transmission ....................................................................................19

2.2.2. Codes dtalements .................................................................................................21

2.2.3. Code C/A ................................................................................................................22

2.2.4. Modulation numrique ...........................................................................................23

2.2.4.1. Modulation PSK "Phase-Shift Keying" ................................................................23

2.2.4.2. Modulation BOC "Binary Offset Carrier" ............................................................23

2.3. Gnration et caractristiques des codes PRN ...............................................................24

2.3.1. Impulsion rectangulaire ..........................................................................................27

2.3.2. Code binaire alatoire .............................................................................................29

2.3.3. Squence de longueur maximale PN ......................................................................31

2.3.4. Fonction d'auto corrlation du code C/A ................................................................33

2.3.5. Inter corrlation et auto corrlation entre les codes ................................................34

2.3.6. Fonction d'auto corrlation du code P(Y) ...............................................................36

2.4. Les messages de navigation ...........................................................................................38

2.5. Le multiplexage .............................................................................................................39

2.6. Conclusion .....................................................................................................................40

VIII

Chapitre 3 Rcepteur logiciel pour GNSS

3.1. Introduction ....................................................................................................................42

3.2. Les rcepteur GNSS Technologie Avance ................................................................43

3.2.1. Radio logicielle idale ............................................................................................43

3.2.2 Radio Logicielle Restreinte (software defined radio) .............................................45

3.3. Larchitecture de front-end (rception) ..........................................................................47

3.4. Traitement des signaux ..................................................................................................49

3.4.1. Lacquisition ...........................................................................................................49

3.4.1.1. Dmarrages froid et chaud ...............................................................................50

3.4.2. Poursuite des signaux (signal tracking) ..................................................................51

3.4.3 Calcul de position ...................................................................................................52

3.5. Lacquisition ..................................................................................................................53

3.5.1. Longueur de donnes pour l'acquisition .................................................................53

3.5.2 Etape de recherche sur le dcalage de frquence ...................................................54

3.6. Techniques dacquisition des signaux GNSS ................................................................56

3.6.1 Acquisition par recherche en srie..........................................................................56

3.6.2. Acquisition par recherche parallle sur la phase de code (FFT) ............................58

3.6.3. Acquisition par recherche parallle sur lespace de frquences (FFT) ..................61

3.7. Structures du dtecteur ...................................................................................................62

3.7.1. Dtection cohrente ................................................................................................62

3.7.2. Dtection non cohrente ........................................................................................62

3.8. Conclusion .....................................................................................................................63

IX

CHAPITRE 4 Simulation et rsultats

4.1. Introduction ....................................................................................................................64

4.2. Caractristiques des codes dtalement .........................................................................64

4.3. Acquisition des signaux GNSS ......................................................................................66

4.3.1. Rception des signaux par le front-end ..................................................................66

4.3.2. Acquisition par recherche en srie..........................................................................70

4.3.3. Acquisition par recherche parallle sur lespace de code (FFT) ............................74

4.4. Complexit et temps dexcution ...................................................................................80 4.5. Conclusion .....................................................................................................................83

Conclusion gnrale .....................................................................................................84

Rfrence .............................................................................................................................86

Introduction gnrale

Introduction Gnrale

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1

Introduction Gnrale

Chacun de nous mne une certaine forme de navigation dans notre vie quotidienne. Aller au travail marcher vers un magasin exige que nous utilisions les comptences

fondamentales de navigation. Pour la plupart de nous, ces comptences ncessitent l'utilisation de nos yeux, le sens commun, et les repres. Cependant dans certains cas o une connaissance plus prcise de notre position, du chemin de destination, ou du temps de transit vers une destination souhaite est ncessaire, les aides la navigation autres que les repres sont utiliss.

Ces aides de navigation sont transmis sous forme dun signal lectrique ; ils sont appels les aides par radionavigation. Ces signaux d'une ou plusieurs sources daides de radionavigation permettent un utilisateur de calculer sa position. Il est important de noter que cest le rcepteur de radionavigation qui traite ces signaux et calcule la position actuelle.

En 1959 est lanc le premier satellite de radio navigation TRANSIT. Les diffrentes technologies utilises pour ce programme ont t utiles pour le futur systme GPS et ont dmontr leurs fiabilits. De nombreux projets communs entre lAerospace Corp et le DoD (departement of defense des USA) ont suivi la mme politique, dont le projet NAVSTAR, jusquau lancement du premier satellite GPS en avril 1980. Depuis la mise en place du systme GPS (Global Positioning System) au cours des annes 1980-1990, les applications de navigation par satellite se dveloppent et stendent dans de multiples domaines. Conus principalement pour des applications militaires, les signaux GPS sont maintenant couramment utiliss dans des applications civiles telles que les transports maritimes, ariens et terrestres, la gologie, les travaux publics, la prospection ptrolire, lagriculture, et de nouvelles applications ne cessent de voir le jour, comme dans les douanes et la justice, o sont tout simplement associes au tlphone mobile dans la vie de tous les jours. Les systmes de navigation par satellites offrent des services de positionnement disponibles en permanence dans le monde entier pour un nombre illimit dutilisateurs. Par ailleurs, lamlioration des techniques industrielles rend possible la production de rcepteurs pour un march de masse.

Introduction Gnrale

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2

La communication sans fil est l'un des domaines les plus dynamiques dans le domaine de la communication daujourd'hui. Bien qu'il ait t un sujet d'tude depuis les annes 1960, la dcennie coule a vu une forte augmentation des activits de recherche dans ce domaine. Cela est d la conjonction de plusieurs facteurs. Dabord, il y a eu une forte augmentation de la demande pour une connectivit moins filaire (pousse par plusieurs demandes telles que la tlphonie cellulaire, les rcepteurs GNSS) ; puis la volont davoir un fonctionnement multistandard qui occupe une place importante dans les travaux de recherche sur les communications radio. Cest dans ce cadre que sinscrivent les nouveaux travaux de recherche concernant le dveloppement dun nouveau concept de rception multistandard de type Radio Logicielle.

La Radio Logicielle (SWR, Software Radio) est un concept qui propose une nouvelle technologie radio permettant la ralisation de terminaux et dinfrastructure de stations de base radio-numrique capables de supporter, indpendamment du matriel, un fonctionnement flexible, multiservice, multistandard, multi bande, reconfigurable et reprogrammable par logiciel [12].

Pour la Radio Logicielle idale, le processus de la numrisation de la donne se produit immdiatement aprs l'antenne dans la chane de rception. Le convertisseur des donnes chantillonne le signal radiofrquence (RF, Radio Frequency), ce qui permet au processus de transposition de frquence dtre ralis entirement dans le domaine numrique. Comme toutes les tches de slection de canal doivent tre assures numriquement, le convertisseur analogique numrique (CAN) doit traiter toute la bande de rception pour laquelle le terminal est conu. Ce CAN est soit irralisable, soit trop gourmand en terme de consommation de puissance, ce qui est incompatible avec le contexte de la mobilit.

Un nouveau concept, dit radio logicielle restreinte (SDR, Software Defined Radio), a t alors introduit par la communaut scientifique. Ce concept se base sur la numrisation prcoce du signal radio afin de diminuer lutilisation de circuits analogiques. Quelques fonctions analogiques de ltage RF subsistent, comme le filtrage, lamplification faible bruit, et la transposition de frquences. Ces fonctions sont paramtrables ce qui permet davoir deux proprits trs importantes pour la radio SDR : la reconfiguration partielle du matriel et la portabilit totale du logiciel.

Introduction Gnrale

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3

Les systmes de navigation par satellites sont en gnral des systmes dtalement de spectre par squence directe (DSSS). Les messages de navigation sont tals par codes qui ont de bonnes proprits de corrlation et inter corrlation. Ces messages sont les outils de base pour la mesure du temps de transmission entre le satellite et le rcepteur [16]. Les signaux transmis par les diffrents satellites sont identifis par diffrentes squences dtalements qui sont quasi-orthogonaux entre eux. Le signal transmis par le satellite qui contient les donnes de navigation perd les proprits de son tat initial "frquence de la porteuse et la phase de code" caus par plusieurs phnomnes telle que la distance longue entre le rcepteur et le satellite, leffet Doppler (dplacement de satellite et de lutilisateur), le multi trajet, bruit et les effets ionosphriques. Lacquisition est le processus de synchronisation qui donne une estimation du dcalage de code et la frquence Doppler sur la porteuse de signal ; donc il est ncessaire de s'assurer que le signal soit acquis avec un code et une frquence correcte pour extraire les informations de navigations.

Dans ce travail on va utiliser la technique SDR pour construire un rcepteur GNSS. La couverture du globe terrestre exige un nombre suffisant de satellites pour garantir la couverture ; donc il est ncessaire de connatre les satellites en vision pour lutilisateur ce qui exige une acquisition de ces signaux avec une vitesse rapide pour assurer un bon service en temps trs rduit et permettre au rcepteur de travailler en temps rel.

Ce mmoire est organis de la manire suivante :

Le premier chapitre prsente les notions fondamentales sur la navigation par satellites notamment la technique de mesure de position, vitesse et temps, les diffrentes quations ncessaires en liaison avec le sujet et aussi les diffrentes constellations en services et les architectures GNSS.

Le second chapitre prsente les caractristiques des signaux GNSS, les codes dtalement, les diffrents messages de navigation, les types de codes, la fonction de corrlation ainsi la technique de multiplexage utilise pour la transmission.

Introduction Gnrale

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4

Le chapitre suivant prsente les diffrentes tapes pour obtenir les informations de navigation par un rcepteur. Les diffrents types de dmarrage, les dcalages de frquence et la phase de code, les pas de recherche (frquence et code). On propose galement de faire lacquisition programme sous la technique de rception logicielle.

Le dernier chapitre est ddi une simulation de la SDR sous Matlab pour faire lacquisition. Beaucoup de points sont dvelopps notamment la gnration de code dtalement, la dtection du dbut du code dun signal satellite, lacquisition des signaux des satellites, recherche des frquences Doppler, calcul de la phase du code de ces signaux par la mthode conventionnelle utilise par les systmes CDMA ainsi que par le biais de la mthode de recherche base sur la technique FFT. Une comparaison entre les algorithmes de recherche est galement explicite.

Enfin, ce modeste travail est parachev par une conclusion gnrale incluant certaines perspectives.

Chapitre I

Notions Fondamentales sur la Navigation par Satellite

Chapitre 1 : Notions Fondamentales sur la Navigation par Satellite

5

Chapitre 1

Notions Fondamentales sur la Navigation par Satellite

1.1. Introduction

GNSS (Global Navigation Satellite System) est le sigle qui dsigne l'ensemble des systmes de navigation par satellites. Parmi eux, on trouve les systmes GPS (Global Positioning System) et Glonass qui sont dj oprationnels, et les systmes Galileo et Compass qui se trouvent en phase de dveloppement. Chaque satellite de la constellation diffuse en permanence un signal vers la terre et son environnement immdiat, et chaque satellite inclut dans son signal les informations permettant de calculer sa position la plus prcise possible une date donne ; d'un autre cot, on a un nombre illimit de rcepteurs utilisateurs.

Dans ce chapitre nous prsentons les principes de base de ce type de navigation. La dtermination de position partir de trois satellites, les quations ncessaires pour obtenir les mesures, le principe pseudo distance, la mesure de vitesse et de temps, le rfrentiel godsique et enfin les systmes de navigations courantes sont clairement explicits.

1.2. Le principe du positionnement

1.2.1. Le temps de transmission dun signal

Les systmes de navigation par satellite utilisent des satellites en orbite au-dessus de la terre et rpartis de telle faon que de n'importe quel point sur le terrain il y ait une ligne de contact vue au moins de quatre satellites. Chacun de ces satellites est quip d'horloges atomiques bord. Les horloges atomiques sont les instruments les plus connus permettant une mesure prcise du temps et engendrent une perte d'une seconde au maximum tous les 30.000


6

1.000.000 annes. Afin de rendre ces mesures encore plus prcises, les satellites GNSS transmettent leurs positions exactes et leurs heures d'horloges de bord la terre. Ces signaux sont transmis la vitesse de la lumire (300.000 km/s) et ncessitent donc environ 67.3ms pour parvenir une position sur la surface de la terre directement sous le satellite. Les signaux ncessiteront une nouvelle tranche de 3.33s pour chaque kilomtre supplmentaire de voyage pour tablir la position ; tout ce qui est alors ncessaire sont un rcepteur et une horloge prcise. En comparant l'heure d'arrive du signal satellite avec l'heure de l'horloge bord au moment o le signal a t transmis, il est possible de dterminer, comme dans l'exemple de la voiture, la distance D vers le satellite qui peut tre dtermine partir du signal temporel connu ou D= c (figure 1.1).

Figure 1.1. Dtermination du temps de transmission dun signal.

1.2.2. Dtermination de la position

Si un rcepteur se dplace travers un vaste plateau et veut savoir sa position, deux satellites, qui sont en orbite au-dessus de ce rcepteur, transmettent leurs heures d'horloge et leurs positions. En utilisant le temps de voyage des signaux des deux satellites le rcepteur peut dessiner deux cercles de rayons D1 et D2 autour des satellites. Chaque rayon correspond la distance calcule entre le rcepteur et le satellite. Toutes les positions possibles par rapport aux satellites sont situes sur ces milieux. Si la position au-dessus des satellites est exclue, la position du rcepteur est au point exact o les deux cercles se coupent sous les


7

satellites ; par consquent deux satellites sont suffisants pour dterminer une position sur le plan x/y (voir figure 1.2).

Figure 1.2. La position du rcepteur l'intersection des deux cercles.

Dans le cas rel, une position doit tre dtermine dans l'espace en trois dimensions plutt que sur un plan. Comme la diffrence entre un plan deux dimensions et un espace trois dimensions est caractrise par une dimension supplmentaire (Z), un troisime satellite additionnel devrait suffire pour dterminer la position correcte. Si les distances des trois satellites sont connues alors toutes les positions possibles sont situes sur la surface de trois sphres dont les rayons correspondent la distance calcule. La position est le point o les trois sphres se coupent (figure 1.3).

Figure. 1.3. Dtermination de la position par trois sphres.


8

1.3. Equations de base pour la navigation

Dans cette section, les quations de base pour dterminer la position d'un utilisateur seront prsentes.

1.3.1. Equations de base

Supposons que l'on ait trois satellites (voir figure 1.4). Il y a trois points des endroits connus r1(x1,y1,z1), r2(x2,y2,z2) et r3(x3,y3,z3) avec ru un point inconnu. Les distances 1, 2 et 3 entre les trois points connus au point inconnu peuvent tre mesures. Ces distances peuvent scrire comme suit :

2 2 21 1 1 1( ) ( ) ( )u u ux x y y z z = + + (1.1)

2 2 22 2 2 2( ) ( ) ( )u u ux x y y z z = + +

(1.2)

2 2 23 3 3 3( ) ( ) ( )u u ux x y y z z = + +

(1.3)

Les trois valeurs inconnues xu, yu, et zu peuvent tre dtermines partir de ces quations. Thoriquement, il devrait y avoir deux ensembles de solutions car ces quations sont du second ordre et non linaires ; elles sont difficiles rsoudre directement [2,6], donc elles peuvent tre rsolues facilement en utilisant une linarisation ou une approche itrative.

Figure 1.4. Utilisation des positions connues pour trouver la position inconnue.

x1, y1, z1

x2, y2,z2

x3, y3,z3

xu,yu,zu


9

L'horloge du rcepteur aura gnralement une erreur systmatique. La gnration de frquence et de temps est base sur une horloge embarque d'une trs grande prcision. Cette dernire est typiquement dcale par rapport l'heure du systme. Cette mesure est dtermine par un processus de corrlation qui se prsente comme une pseudo distance. Cette mesure est appele pseudo distance car elle est dtermine par multiplication du signal se propageant une vitesse c par la diffrence de temps entre deux horloges non synchronises comme le montre la figure 1.5. La mesure contient :

(1) la distance gomtrique du satellite l'utilisateur.

(2) une compensation correspondant la diffrence entre le temps systme et l'horloge de l'utilisateur.

Ts temps de transmission par le satellite.

Tu temps de rception par lutilisateur.

t dcalage de l'horloge satellite par rapport au temps systme.

tu dcalage de lhorloge rcepteur par rapport au temps systme.

Ts + t lecture d'horloge satellite au moment o le signal du satellite est transmis.

Tu + tu lecture d'horloge du rcepteur de l'utilisateur au moment o le signal atteint le rcepteur.

c vitesse de lumire.

Les distance gomtrique et pseudo distance sont respectivement donnes par :

( ) TcTsTcr u == (1.4)

( ) ( )[ ]( ) ( )

( )ttcrttcTTctTtTc

u

usu

uuu

+=

+=

++=


10

Figure 1.5. Relations entre les temps pour mesurer la distance.

1.3.2. Calcul de la pseudo distance

Le calculateur du rcepteur est en mesure de rsoudre le systme d'quations (1.5, 1.6, 1.7 et 1.8) dont les quatre inconnues sont la position du rcepteur (trois inconnues) et le dcalage de son horloge par rapport au temps de systme. Ce calcul est possible ds que l'on dispose des mesures relatives quatre satellites ; un calcul en mode dgrad est possible avec trois satellites seulement si l'on connat l'altitude ; lorsque plus de quatre satellites sont visibles (ce qui est trs souvent le cas), le systme d'quations rsoudre est surabondant : la prcision du calcul est amliore, et on peut estimer les erreurs sur la position et le temps [2].

2 2 21 1 1 1( ) ( ) ( )u u u uctx x y y z z = + + +

(1.5)

2 2 22 2 2 2( ) ( ) ( )u u u uctx x y y z z = + + +

(1.6)

2 2 23 3 3 3( ) ( ) ( )u u u uctx x y y z z = + + +

(1.7)

2 2 24 4 4 4( ) ( ) ( )u u u uctx x y y z z = + + +

(1.8)

Le temps quivalent (distance gomtrique)

tu

Le temps quivalent la pseudo distance

t

Ts Ts+t

Tu


11

o xj, yj et zj prsentent les jime positions satellite en trois dimensions. Soit une pseudo distance reprsente par :

2 2 2( ) ( ) ( )j j u j u j u ux x y y z z ct = + + + (1.9)

La rsolution de l'quation de navigation peut se faire par la mthode des moindres carrs et la mthode de Bancroft [2,6].

1.3.3. Mesure de la vitesse

Le systme GNSS offre la possibilit de dterminer la vitesse de l'utilisateur en trois dimensions. Plusieurs mthodes peuvent tre utilises pour dterminer cette vitesse. Dans certains rcepteurs, la vitesse est estime en formant une drive approximative de la position de l'utilisateur :

12

12 )()(tt

tutudtdu

u

==& (1.10)

Dans de nombreux rcepteurs GPS modernes, les mesures de vitesse sont faites par le traitement des mesures de la phase de la porteuse et permettent une estimation prcise de la frquence Doppler des signaux satellites reus. Le dcalage Doppler est produit par le mouvement du satellite par rapport l'utilisateur, Le vecteur v de la vitesse de satellite est calcul par utilisation des informations phmrides et un modle orbital dans le systme rcepteur [2,6].

1.3.4. Mesure du temps

La mesure du temps repose sur la mise en place dun systme, appel oscillateur, fournissant des oscillations avec une trs grande rgularit. Cest par la mesure du nombre des battements de ce systme oscillant que lon mesure lcoulement du temps [4,6].

La vitesse de rotation de la terre autour delle-mme fournit une rfrence oscillante facilement accessible. Cest la raison pour laquelle elle a longtemps t utilise comme standard de rfrence dans la mesure du temps. Ce mouvement de rotation de la terre autour delle-mme nest toutefois pas parfaitement rgulier et connat des variations de lordre du


12

millime de seconde par jour. La rfrence la rotation terrestre tait encore utilise du temps des horloges pendulaires, car la prcision de la mesure du temps sur un jour ralise partir des battements des pendules correspondait peu prs aux irrgularits de la variation de la vitesse de rotation terrestre. Avec lapparition de sources oscillantes beaucoup plus stables, comme les vibrations dun cristal de quartz, il est apparu que la rotation terrestre ne pouvait plus tre utilise comme standard. Lutilisation des horloges quartz a permis de faire un bond gigantesque en multipliant par 1000 la prcision de la mesure du temps. Ces horloges permettent de mesurer lcoulement du temps avec une prcision infrieure un millionime de seconde de dcalage par jour.

1.3.5 Horloges atomiques

Les systmes de navigation par satellite utilisent des horloges mille fois plus prcises que les horloges quartz. Une telle prcision est devenue possible avec les horloges dites atomiques. Ces horloges utilisent les proprits de certains matriaux au niveau de leurs atomes, exploitant les oscillations de ces atomes entre diffrents niveaux dnergie [4]. On utilise pour cela des lments primaires, comme le csium, le rubidium ou encore lhydrogne. De telles horloges atteignent des prcisions de mesure du temps infrieures un milliardime de seconde par jour. Le tableau 1.1 rcapitule les erreurs de synchronisation des diffrents types dhorloges rapportes au temps quelles mettent perdre une seconde. La stabilit des horloges est aussi gnralement caractrise par le ratio f/f qui reprsente la variation de la frquence doscillation en une journe rapporte la frquence de loscillateur.

Type dhorloge Stabilit f/f par jour Dure avant de perdre 1 s (en annes)

Quartz 910 30

Rubidium 1210 30000

Csium 1310 300000

Tableau 1.1. Stabilit et erreurs de synchronisation des diffrents types doscillateurs.


13

1.3.6 Cartes et rfrentiels

Lorsque nous manipulons des positions gographiques dune telle prcision, nous utilisons en fait une rfrence, appele rfrentiel godsique. En effet, les systmes godsiques utiliss historiquement pour la cartographie diffrent dun pays un autre [4].

La constitution de ces systmes godsiques locaux sappuie sur un modle de surface terrestre raccord la surface relle en un ou plusieurs points de rfrence connus. Le modle de surface terrestre utilis est dit ellipsode et correspond une sphre lgrement aplatie aux ples afin de mieux reprsenter la vritable forme de la surface terrestre (voir figure 1.6).

Les coordonnes en longitude, latitude et altitude sont dtermines par rapport cet ellipsode de rfrence.

Figure 1.6 : Principe de constitution dun rfrentiel godsique local.

La mise en place du systme GPS a impos lavnement dun autre type de systme godsique, dit spatial, appel systme WGS-84. Toutes les coordonnes GPS prennent leur signification dans ce systme godsique.

Le systme Galileo est pour sa part associ un modle godsique spatial spcifique, appel GTRF (Galileo Terrestrial Reference Frame), tabli partir des positions de rfrence des stations du rseau sol Galileo.


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Afin dunifier ces diffrents systmes godsiques, lorganisme IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service) tablit et gre un systme godsique international, nomm ITRF (International Terrestrial Rotation Frame).

1.4. Systmes de navigation satellitaires existants ou en dveloppement

Le systme GPS est en 2008 le seul systme de navigation satellitaire global entirement oprationnel. Il est constitu de 24 satellites en orbite intermdiaire (MEO) en six plans orbitaux. Le nombre exact de satellites varie en fonction des remplacements de satellites en fin de vie. Le GPS est oprationnel depuis 1978 et disponible librement depuis 1994. Cest le systme le plus largement utilis [3,4,6].

Le systme GLONASS de lex union sovitique, aujourdhui Russie, en russe Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema, tait galement une constellation entirement oprationnelle, mais avec lcroulement de lunion sovitique, il nest plus entretenu, provoquant des trous de couverture et une disponibilit partielle. La fdration russe sest engage le restaurer avec une collaboration indienne dans ce projet (la figure 1.7 montre les bandes de frquences alloues).

LUnion europenne a sign avec lagence spatiale europenne en mars 2002 laccord sur le dveloppement du systme global Galileo. Le systme est prvu oprationnel en 2012. Le premier satellite exprimental a t lanc le 28 dcembre 2005. Un second satellite de validation a t lanc en 2008. Les signaux de navigation de Galileo seront compatibles avec ceux du futur GPS, permettant aux rcepteurs de les combiner pour augmenter la prcision ainsi que la vracit du point.

Figure 1.7. Bandes de frquences alloues par les signaux GNSS


15

La Chine a indiqu son intention dtendre son systme rgional BEIDOU en systme global. Ce programme est appel Compass dans lagence dinformations chinoises officielle "Xinhua News Agency". Le systme Compass doit comporter 30 satellites en orbite MEO et 5 gostationnaires.

Le systme IRNSS (Indian Regional Navigational Satellite System) est un projet de systme autonome de navigation rgionale construit et contrl par le gouvernement indien. Il doit permettre une prcision absolue de 20 mtres sur lInde et jusqu 1500 2000 km au voisinage. C'est un systme entirement sous contrle indien. Le segment spatial, terrestre et les rcepteurs tant dvelopps par lInde. Le projet a t approuv par le gouvernement indien en mai 2006, avec un objectif de dveloppement en 6 7 ans.

Le systme QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) est dvelopp par le Japon. Il est constitu de trois satellites gostationnaires permettant le transfert de temps et une augmentation du GPS. Il couvrira le Japon et ses rgions voisines.

1.5. Architectures GNSS

Le systme GNSS possde diffrentes configurations possibles pour assurer la navigation. Les architectures les plus connues sont explicites ci-aprs :

1.5.1. Diffrentiel GNSS (D-GNSS) Il sagit dune version amliore du GNSS. Ce systme utilise des stations de

rfrence fixes quipes de rcepteurs GNSS. Comme la position exacte des stations de rfrence est connue, elle peut tre compare avec la position calcule par les satellites et la diffrence du rsultat peut tre ainsi corrige [21]. Ce concept repose sur le fait que lerreur dans le calcul de la position de la station de rfrence est galement valable pour des positions se situant dans un vaste primtre autour de cette station de rfrence. Les utilisateurs du service de navigation par satellite se situant dans ce primtre peuvent donc se servir de cette erreur pour corriger la position donne par leur systme (voir figure1.8). Cette information concernant la diffrence entre la position relle et celle calcule doit tre constamment mise jour cause du mouvement des satellites dans lespace et des variations atmosphriques [3]. Pour transmettre cette information, plusieurs approches sont envisageables :


16

Combiner les corrections de toutes les stations de rfrence afin de former une correction unique pour chaque satellite en vue.

Faire un calcul de position partir des corrections de chaque station de rfrence et calculer la moyenne de tous ces rsultats.

Incorporer les corrections de plusieurs stations de rfrence dans le calcul de la position de la cible.

Figure 1.8. Larchitecture du systme Diffrentiel-GNSS

1.5.2. Assisted-GNSS

Cette technologie se sert des rseaux tlphoniques pour offrir la localisation par systme de navigation aux utilisateurs mobiles. La principale raison qui a permis le dveloppement de lAssited-GNSS (A-GNSS) est la diminution en taille et en cots des rcepteurs et donc la possibilit dintgrer le systme GNSS dans les tlphones mobiles [1]. Le principe de fonctionnement est de dcharger le rcepteur GNSS du tlphone mobile de certains calculs afin de permettre un dmarrage plus rapide, une meilleure prcision et une


17

consommation nergtique moindre. La figure 1.9 prsente larchitecture du systme Assisted-GNSS.

Figure 1.9. Larchitecture du systme Assisted-GNSS.

Ce dernier dpend dun rseau GNSS de rfrence qui suit en temps rel la localisation des satellites et est connect un rseau tlphonique (par exemple UMTS, GSM). Lorsquun terminal mobile envoie une requte au rseau GNSS, il reoit des donnes dassistance (do le nom de cette technologie) travers le rseau tlphonique qui lui permet, entre-autres, de connatre quel signal de navigation il doit suivre pour connatre sa position. Le tlphone mobile peut alors fournir des services de localisation de manire autonome [3]. En cas de perte de signal, il lui suffit de renvoyer une requte au rseau. De plus, des informations de correction D-GNSS peuvent tre ajoutes aux donnes dassistance pour permettre une prcision encore plus accrue.


18

LA-GNSS se dmarque donc du GNSS standard sous diffrents points :

Le dlai pour tablir la premire connexion avec le satellite (Time To First Fix) est de quelques secondes pour lA-GNSS alors quelle peut durer plus dune minute pour le systme de navigation standard.

Une localisation plus prcise.

Plus besoin de rcepteur GNSS externe.

Fonctionne en intrieure car il suffit que le tlphone mobile reste connect au rseau de son oprateur pour que les services de localisation soient oprationnels.

1.6. Conclusion

Dans ce chapitre nous avons prsent les diffrentes tapes pour obtenir une position dutilisateur quelconque par le systme de navigation par satellite. Tout d'abord le nombre minimal de satellites ncessaires est explicit. Sont ensuite prsentes les quations fondamentales ncessaires pour le calcul de la position et de la vitesse.

Pour assurer son indpendance dans ce domaine stratgique plusieurs pays lancent leurs propres constellations des satellites de navigation, utilisant les dernires techniques avenacs de traitement de signal.

Les architecteurs D-GNSS et A-GNSS sutilisent en complment des systmes de base. Elles sappuient sur un rseau de stations sol de rfrence pour calculer et dlivrer des signaux et des donnes complmentaires leurs usagers, apportant une amlioration des performances et une garantie de service.

Chapitre II

Les Caractristiques des Signaux

Chapitre 2 : Les Caractristiques des Signaux

19

Chapitre 2

Les Caractristiques des Signaux

2.1. Introduction

Les systmes de navigation par satellites sont les systmes qui prsentent de nos jours plus de croissance. Parmi les applications des systmes satellitaires, le systme GPS "Globale Navigation Systems" de NAVSTAR est la seule constellation qui a un statu oprationnel complet et ses satellites couvrent 99% de monde [3,4].

Le systme de navigation par satellite GPS est bas sur la technique DS-CDMA o les signaux transmis par les diffrents satellites sont identifis par diffrents codes pseudo alatoires PRN. Ces squences sont utilises pour taler les donnes de navigation transmettre. Le rcepteur exploite donc les proprits de corrlation des codes dtalement pour mesurer le temps de propagation de londe porteuse.

Ce chapitre donne un aperu sur les caractristiques du signal et des donnes transmettre par les satellites et qui seront reus par l'antenne du rcepteur. Les techniques dtalement, de modulation, de multiplexage, et les caractristiques des codes dtalement tels que les proprits de corrlation, gnration des squences et le spectre de puissance sont galement prsents.

2.2. Structure de signal GPS

2.2.1. Frquences de transmission Les signaux GPS sont transmis sur deux frquences diffrentes : L1 (1575.42 MHz) et

L2 (1227.6 MHz). Le signal GPS est compos des trois parties suivantes [2, 5, 6] :


20

Porteuses : deux frquences porteuses L1 et L2.

Messages de navigation : contiennent les informations concernant les orbites des satellites. Ces donnes sont calcules dans les centres de contrle au sol et transmises quotidiennement aux satellites.

Codes dtalements : chaque satellite GPS possde deux codes dtalements. Les plus connus et utilisables sont : code C/A avec 1023 chips et code P(Y) avec ( 2.35104 chips).

Le code C/Adata et le code P(Y) data (tableau 2.1) sont des signaux fournis aux deux modulateurs et ont les frquences L1 et L2. La porteuse est module par les signaux prcdents l'aide de la mthode "Binary Phase Shift Keying (BPSK)". Notez que les deux signaux sont moduls en phase et en quadrature. Figure 2.1.

Figure. 2.1. La structure de gnrateur des signaux GPS.

Gnrateur

de code C/A code + Data

Gnrateur

donnes

20

F0=10,23MHz

Linformation

Data

10

BPSK

modulation

BPSK modulation

BPSK

modulatio

n

90

Limiteur

120

154

-6dB

-3dB

Gnrateur de code P

Commutateur

Signal L 1

1575.2

1227.8 MHz

1575.2 MHz

Signal L 2

1227.6

P(Y)+Data


21

Le signal transmis par un satellite k peut tre dcrit comme suit :

1

1 1

1 2

( ) 2 ( ( ) ( )) cos(2 )2 ( ( ) ( ))sin(2 )2 ( ( ) ( ))sin(2 )

K k kL

k kPL L

k kPL L

x t Pc C t D t f tP P t D t f tP P t D t f t

pi

pi

pi

=

+

+

(2.1)

entre entre sortie 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

Tableau 2.1. Addition modulo-2

Les PC, PPL1, et PPL2 sont les puissances des signaux pour les code C/A et P, Ck est la squence de code C/A attribue au nombre k de satellites, Pk est la squence de code P(Y) attribue au satellite k, Dk est la squence de navigation, fL1et fL2 sont les frquences porteuses de L1 et L2.

2.2.2. Codes dtalements

Le GPS repose sur un systme dtalement de spectre, qui consiste transmettre un signal dinformation avec un spectre beaucoup plus large que ncessaire (figure 2.2). Cela peut tre accompli en multipliant le signal dinformation par une squence spcifique, dite code dtalement. Le signal obtenu possde une longueur plusieurs fois suprieure celle du signal original. Cette technique sappelle talement de spectre par squence directe (DS-SS) [2,5]. Le GPS utilise deux types de code avec des longueurs diffrentes :

1. Le code C/A (Coarse /Acquisition-code) : disponible sur la porteuse L1 pour les applications civiles (donc accessible tous) : Cest une srie pseudo alatoire de 1 dfini de faon dterministe par une fonction mathmatique de priode 1ms une frquence

de 0f /10 = 1,023 MHz. Un code spcifique est attribu chaque satellite. La courte priode de ce signal (1ms) permet au rcepteur une acquisition et donc une identification rapide des satellites.


22

2. Le code P(Y) : disponible sur les deux porteuses L1 et L2 pour les applications militaires. Le code P(Y) (Prcision code) est une srie pseudo alatoire de frquence 0f =10,23MHz. Le code P(Y) est gnralement rendu inaccessible aux civils par lactivation dune fonction dite A.S. (Anti-Spoofing) qui encode le code P(Y). Ce code nest accessible quaux utilisateurs possdant des cls de dcryptage comme larme amricaine et certains de ses allies. Ses caractristiques sont inconnues et il est donc impossible de le reproduire. Les diffrents satellites mettent tous sur les mmes frquences (L1 et L2), mais un code individuel leur est assign.

Figure 2.2. Systme dtalement de spectre par la technique DS-SS

2.2.3. Code C/A

Pour notre travail nous nous limitons aux squences dtalement du type C/A et la frquence porteuse L1 seulement. Dans le cas du signal GPS C/A, le code se prsente sous la forme de squences de -1et 1, avec 1 million de valeurs par seconde. Une squence de code 1.023 chips " accs libre" dure environ 1 ms. On cherche donc transmettre un bit de message de navigation (50bit/s ) en mme temps que 20 squences compltes de code, soit en


23

mme temps que 20 000 chips de code. Le rcepteur peut aisment dterminer sur toutes les 20 squences de code quel bit de message a t superpos (figure 2.3).

2.2.4. Modulation numrique

En transportant habituellement les donnes numriques par modulation de porteuse. Cette modulation peut se faire en frquence (FSK), en amplitude seulement (ASK), en phase seulement (PSK) ou en phase et amplitude (QAM). Pour les systmes de navigation par satellite on utilise deux types de modulation :

2.2.4.1. Modulation PSK "Phase-Shift Keying"

La modulation de phase sert dsigner une famille de formes de modulations numriques qui ont toutes pour principe de vhiculer de l'information binaire via la phase d'un signal porteuse. La forme BPSK est souvent utilise pour la modulation de porteuse par le systme GPS et quelques services de GALILEO. BPSK est la forme la plus simple du PSK ; elle utilise deux phases qui sont scindes de 180; on l'appelle aussi 2-PSK. Cette modulation est la plus robuste de l'ensemble des PSK (figure 2.3).

2.2.4.2. Modulation BOC "Binary Offset Carrier"

Ce type de modulation est utilis par les nouveaux signaux de GPS, par les signaux GALILEO et aussi par les signaux COMPASS. C'est une modulation carre sous porteuse o un signal est multipli par un rectangle sous-porteuse de la frquence fsc gale ou suprieure celle du dbit des chips (CDMA). Suite cette multiplication de sous porteuse, le spectre du signal est divis en deux parties. Il est noter que la modulation BOC est galement connue comme une modulation spectre divis [6].

L'ide principale derrire modulation BOC est de rduire l'interfrence avec le signal modul BPSK. Les Signaux BPSK moduls (comme les codes C/A GPS) ont le plus de leur nergie spectrale concentre autour de la frquence porteuse, tandis que les signaux modulation BOC (nouveau signaux GPS et signaux GALILEO) ont un peu d'nergie autour de la frquence porteuse et deux lobes principaux spectraux plus loin de la porteuse (spectre partag).


24

La forme d'onde BOC est gnralement dsigne par BOC(m,n) ou BOC ( )csc ff , , o fsc est la frquence de la sous porteuse et fc est la frquence de chips , m = fsc / fref, n = fc / fref, et fref = 1.023 Mchips est la frquence C / A du signal GPS [7.4].

code d'etalement

code+Data

Data

Porteuse

SignalBPSK

Figure. 2.3. Modulation BPSK avec le code C/A

2.3. Gnration et caractristiques des code PRN

Les codes pseudo alatoires (PRN) transmis par les satellites GPS sont des squences dterministes qui ont la proprit similaire celle d'un bruit. Ces codes gnrs partir des registres dcalage linaire avec un retour (figure.2.4). Les deux registres produisent deux polynmes gnrateurs :

G1=1+x3+x10

G2=1+x2+x3+x6+x8+x9+x10

La valeur de l'initialisation des registres G1 et G2 est : 1111111111


25

La sortie du deuxime registre G2 provient dun jeu de deux tages de ce registre qui additionns avec la sortie du premier registre G1 produit lun des trente-six codes possibles. Cest le choix de la combinaison des deux tages de sortie du registre G2 qui produit lensemble de la famille des codes C/A possibles (tableau 2.2). La frquence dhorloge 1,023 MHz est drive de la frquence dhorloge du code P et lon fait en sorte que le premier lment du code C/A soit synchrone au premier lment du code P. La priode des codes C/A est de 1ms [2, 5, 6].

Figure.2.4. Gnrateur des codes dtalements C/A code


26

Satellite NBR

GPS PRN

Code retard selection G2

retard Code C/A (chips)

retard code P (chips)

First 10chips (octal)

First 12 p Chips(octal)

1 1 26 5 1 1440 4444

2 2 37 6 2 1620 4000

3 3 48 7 3 1744 4222

4 4 59 8 4 1133 4377

5 5 19 17 5 1454 4255

6 6 210 18 6 1131 4344

7 7 18 139 7 1454 4340

8 8 29 140 8 1626 4342

9 9 310 141 9 1504 4343

10 10 23 251 10 1642 4343

11 11 3 4 252 11 1642 1642

12 12 5 6 254 12 1750 4343

13 13 6 7 255 13 1764 4343

14 14 7 8 256 14 1772 4343

15 15 8 9 257 15 1775 4343

16 16 9 10 258 16 1776 4343

17 17 1 4 469 17 1156 4343

18 18 2 5 470 18 1467 4343

19 19 3 6 471 19 1633 4343

20 20 4 7 472 20 1715 4343

21 21 5 8 473 21 1746 4343

22 22 6 9 474 22 1763 4343

23 23 1 3 509 23 1063 4343

24 24 4 6 512 24 1706 4343

25 25 5 7 513 25 1743 4343

26 26 6 8 514 26 1761 4343

27 27 7 9 515 27 1770 4343

28 28 8 10 516 28 1774 4343

29 29 1 6 859 29 1127 4343

30 30 2 7 860 30 1453 4343

31 31 3 8 861 31 1625 4343

32 32 4 9 862 32 1712 4343

Tableau.2.2. Retard programm pour les codes C/A et P(y).


27

Les caractristiques d'auto corrlation des codes PRN de GPS sont fondamentales au procd de dmodulation du signal. Les densits spectrales de puissance des codes PRN dterminent les largeurs de bande de canal exiges pour transmettre et recevoir les signaux spectres tals. Les fonctions d'auto corrlation et le spectre de puissance sont analyss pour les signaux binaires suivants : une impulsion rectangulaire, un code binaire alatoire, et la squence de la longueur maximale PN.

2.3.1. Impulsion rectangulaire

L'impulsion rectangulaire est place symtriquement autour de lorigine des axes des temps. L'quation pour l'impulsion rectangulaire reprsente sur la figure 2.5 est donne par :

1

1

( )2

( ) 0

Tf t A tf t ailleurs

=

=

(2.1)

Figure.2.5. Impulsion rectangulaire.

La transforme de Fourier de cette fonction est :

sin2( )

2

T

F A T T

=

(2.3)


28

Figure. 2.6. Spectre de limpulsion rectangulaire

Pour l'impulsion rectangulaire, la fonction d'auto corrlation est une forme d'onde triangulaire comme montre sur la figure 2.7. Son amplitude de corrlation diminue

linairement pendant que le est dcal vers la gauche ou la droite de zro jusqu' ce que l'amplitude de corrlation devienne zro quand le est dcal la droite de la fonction

originale de l'impulsion rectangulaire [6].

2( ) 1

( ) 0

x

x

r A T pour TT

r ailleurs

=

=

(2.4)

Figure. 2.7. Fonction de corrlation de limpulsion rectangulaire.


29

Puisque le spectre de puissance est une fonction relle, il peut tre dtermin partir de la

transforme de Fourier de la fonction dauto corrlation )(1 r :

1 1( ) ( )cosS r d

=

(2.5)

Pour limpulsion rectangulaire, le spectre de puissance est dtermin par lquation prcdente et on trouve :

21( ) ( )cos

T

T

S A T d

= (2.6)

Le spectre de puissance, dtermin partir de (2.6) est :

2

2 2 2 2 21

sin2( ) sin

22

TTS A T A T cT

=

(2.7)

Le spectre de puissance peut tre dtermin partir de lquation (2.3) par lutilisation de transforme de Fourier :

21 1( ) ( )S F = (2.8)

Puisque plusieurs fonctions de temps n'ont pas de transforme de Fourier, donc il est

dusage dobtenir le spectre de puissance partir de la fonction d'auto corrlation puisque ceci

est possible pour chaque fonction du temps. Par exemple, il n'y a aucune transforme de

Fourier pour le code binaire alatoire, mais la fonction d'auto corrlation peut tre dtermine.

2.3.2. Code binaire alatoire

En fait, l'auto corrlation d'un code binaire alatoire est similaire l'auto corrlation de

l'impulsion rectangulaire du lquation (2.2). Si r(t) est un code binaire alatoire avec une amplitude de A et une priode Tc, (figure 2.8), sa fonction dauto corrlation reprsente sur la figure 2.9 est dfinie dans l'quation suivante :


30

2( ) (1 )

( ) 0c

c

R A pour TT

R ailleurs

=

=

(2.9

Figure. 2.8. Dcalage entre deux codes binaire alatoire

Figure. 2.9. Fonction dauto corrlation du code binaire alatoire

Le spectre de puissance de ce signal peut tre obtenu partir de la transforme de Fourier de sa fonction d'auto corrlation. Par consquent, le spectre de puissance dun code binaire alatoire est :

A

t

r(t+)

r(t)

A

0

Tc

R() 2A

-Tc 0 Tc


31

2

2 2 2sin

2( ) sin2

2

c

cc c

c

TTS A T A T cT

=

(2.10)

Notons que la fonction d'auto corrlation et le spectre de puissance du code binaire alatoire diffrent de ceux de l'impulsion rectangulaire. Ce qui est important pour l'impulsion rectangulaire est qu'elle se corrle avec elle-mme dans un seul endroit. Le code binaire alatoire se corrle galement avec lui-mme dans un seul endroit, par contre il est non corrl avec le code binaire alatoire [6].

2.3.3. Squence de longueur maximale PN

Les satellites GPS emploient des codes qui ont des proprits des fonctions d'auto corrlations et des spectres de puissance trs semblables celles du code binaire alatoire. Cependant les codes GPS sont priodiques, prvisibles et reproductibles. La formule de la fonction d'auto corrlation pour une squence PN(t) dont l'amplitude est A, la priode de "chipping" est cT et dont la priode est N cT s'crit :

0

1( ) ( ) ( )cNT

PNc

R PN t PN t dtNT

= + (2.11)

La fonction d'auto corrlation de PN(t) en dehors de l'intervalle de corrlation est -A/N. Rappelons que la corrlation pour l'impulsion rectangulaire tait 0 (non-corrle) dans cet intervalle ainsi que pour la squence binaire alatoire. La fonction d'auto corrlation pour une squence PN de longueur maximale est une srie infinie des fonctions triangulaires de

priode N cT (secondes) (figure 2.10.).

Quand le dcalage est plus grand que cT ou multiples de cT (N1), on exprime lquation de la fonction dautocorrection priodique en terme mathmatique par l'utilisation de la fonction d'impulsion unit dcale dans le temps par des incrments discrets (m) de la priode N cT de squence PN : ( + mN cT ). Cette dernire notation reprsente une impulsion unit avec dcalage discret de m N cT sec [6,2].


32

Figure 2.10. Fonction dauto corrlation de code PN(t)

Par l'utilisation de cette notation, la fonction d'auto corrlation peut tre exprime comme la somme dun terme continue (constant) et de sries infinies de fonctions triangulaires R () dfinie par lquation 2.12. La srie infinie de fonctions triangulaires est obtenue par la convolution de R() avec une srie infinie des fonctions "dcales" d'impulsions units comme suit :

2 1( ) ( ) ( )PN Cm

A NR R mNTN N

=

+= + + (2.12)

Le spectre de puissance des squences priodiques PN est driv de la transforme de Fourier de lquation (2.9).

Limpulsion unit de Dirac est galement utilise pour exprimer lquation du spectre comme suit :

22

20

2( ) ( ) ( 1) sin ( ) ( )PNm c

A m mS N cN N NT

pi pi

=

= + + +

(2.13)

Les codes PRN du GPS ont des corrlations priodiques triangulaires et des formes de spectre qui ressemblent troitement aux caractristiques de la squence maximum du registre

dcalage de longueur PN mais avec des diffrences subtiles. Par exemple, pour le code C/A avec un registre dcalage de 10 bits, il y a seulement 30 squences de longueur maximale

utilisables ; et parmi ces squences les codes sont presque non corrls entre eux [6].

NTc

-(N-1) Tc -(N+1) Tc

2A

0

-Tc (N-1) Tc (N+1) Tc

NTc NA2

t

Tc

)(PNR


33

2.3.4. Fonction d'auto corrlation du code C/A

Cette fonction est exprime par la relation suivante :

1023

0

1( ) ( ) ( )1,023

t

C i iCA t

R C t C t dtT

=

=

= + (2.14)

=)(tCt Squence de code GOLD de code C/A en fonction du temps t pour le satellite i.

CAT = Priode de chipping du code C/A (977.5nsec).

= dcalage de temps dans la fonction d'auto corrlation.

La fonction d'auto corrlation du code C/A est une srie de corrlations triangulaires avec une priode 1.023 (chip) de code C/A, ou 1msec, figure.2.11.

Figure. 2.11. Fonction dauto corrlation de C/A.

La fonction d'auto corrlation de code C/A du GPS a la mme priode et la mme forme dans l'intervalle de corrlation que les squences PN de la longueur maximale.

La densit spectrale de puissance de code C/A est prsente par lquation suivante :

2

2 2 2sin

2( ) sin2

2

c

cc c

c

TTS A T A T cT

=

(2.15)

977.5x10-

9

0 1x10

-3

10231

A2

RG()

(seconds)


34

2.3.5. Inter corrlation et auto corrlation entre les codes

Une des proprits les plus importantes des codes C/A est le rsultat de leur corrlation : fort pic dauto corrlation (pour un dphasage nul), et un faible pic de corrlation croise entre deux codes diffrents. Aussi, ils peuvent donner une forte dynamique pour l'acquisition du signal.

Si les codes sont orthogonaux, les fonctions d'inter-corrlations seront gales zro (figure 2.12). Cependant, les codes GOLD ne sont pas orthogonaux, ce qui implique que les inter-corrlations ne sont pas nulles, mais ont de petites valeurs [5, 2].

1022

ik0

r ( ) ( ) 0i kl

c l c l m=

= + (2.16)

La corrlation circulaire croise (inter-corrlation) pour les codes C/A prend trois valeurs diffrentes

( 2)2

( 2)2

2 1

1 2 1

2 1

n

n

n

p

pp

p

+

+

+

=

(2.17)

Donc pour n=10, l'inter-corrlation prend les valeurs suivantes (-63/1023 (occurrence 12.5%), -1/1023(occurrence 75%), 63/1023(occurrence 12.5%)).

1022

kk0

r ( ) ( ) 0 1k kl

c l c l m pour m=

= + (2.18)

Pour lauto corrlation, le maximum du pic est 1023, ce qui correspond la longueur maximale de la squence dtalement p=2n-1=1023. Les autres valeurs sont 63, 1, et 65, donc le code ne corrle qu'avec lui-mme, figure2.13.


35

0 200 400 600 800 1000

0

200

400

600

800

1000

r ik

phase

Figure 2.12. Inter corrlation entre deux codes de satellites diffrents.

0 200 400 600 800 1000

0

200

400

600

800

1000

phase

Figure 2.13. Auto corrlation entre deux codes du mme satellite.


36

2.3.6. Fonction d'auto corrlation du code P(Y) Cette fonction est exprime par la relation suivante :

126.1871 10

120

1( ) ( ) ( )6.1871 10

t

P i iCP t

R p t p t dtT

=

=

= +

(2.19)

avec :

)(tpi = squence PN de code P(y) en fonction du temps t pour le satellite i.

CPT = priode de bit de code P(y) (97.8 nsec).

Le code P(Y) n'est pas un code dont la squence est longueur maximale, mais ses caractristiques d'auto corrlation sont essentiellement idales. Le code P(Y) a t conu pour avoir une priode d'une semaine compose de 403.200 priodes de 1.5 sec. La figure 2.14 montre une fonction d'auto corrlation normalise pour le code P(Y) (amplitude A=1) ; l'axe reprsente le dphasage dans les units des bits du code P(Y). La fonction d'auto corrlation pour le code P(Y) a des caractristiques semblables au code C/A, mais avec des diffrences significatives des valeurs. Le tableau 2.3 compare ces caractristiques [6].

Figure. 2.14. Auto-corrlation d'un code typique P(Y)

Le code P(Y) gnre un enveloppe en 2

sin

x

x dont le lobe principal a une largeur de

20.46 MHz comme le montre la figure 2.15.

1

p-1 p+1 -1 0 1

p

)(pR

(bits)


37

Le code C/A gnre la mme enveloppe avec une largeur du lobe principal de 2.046 MHz. Pour le code C/A, les raies qui constituent le spectre sont espaces entre elles de 1KHz (1/1ms).

Figure 2.15. Densit spectrale de puissance des codes dtalements sur L1

C/A code P(Y) code

Lamplitude maximale dauto corrlation 1 1

Lamplitude typique dauto corrlation en dehors de lintervalle de corrlation 1023

1 12101871.6

1

Lauto corrlation typique en dcibels -30.1 -127.9

Intervalle dauto corrlation 1ms 1 semaine

Rc : dbit des chips (Mchip /s) 1.023 10.23

Tc : priode de chipping (ns) 977.5 97.8

Tableau.2.3. Comparaison entre le code C/A et le code P(Y)


38

2.4. Les messages de navigation

Les messages de navigation contiennent des donnes bien dfinies qui sont ncessaires aux rcepteurs pour effectuer leur calcul de position. Ces donnes sont calcules dans les centres de contrle au sol de GPS et de Galileo puis sont transmises au moins quotidiennement aux satellites lorsque ceux-ci sont en communication avec une station sol de transmission [4, 6, 9]. Chaque satellite enregistre ces donnes bord et les intgre dans les signaux quil transmet aux rcepteurs (figure 2.16). Ces donnes comportent notamment les lments suivants :

Almanachs. Donnent les positions de tous les satellites de la constellation, sur plusieurs semaines, avec une prcision de lordre de 1 km. Chaque satellite diffuse les almanachs concernant tous les satellites. Ds la rception du message dun seul satellite, un rcepteur peut obtenir les informations de position et dtat de lensemble de la constellation. La prcision de ces almanachs est suffisante pour quun rcepteur (connaissant approximativement sa position) sache quels satellites sont en vue et acclre ainsi sa recherche des signaux provenant des autres satellites et ltablissement de sa premire position prcise.

phmrides. Donnent des informations sur la position des satellites, avec une prcision de lordre de 1 10 m. Chaque satellite diffuse uniquement les phmrides qui le concernent.

Corrections dhorloge. Donnent lcart (avance ou retard) de lhorloge du satellite par rapport au temps systme de navigation. On a vu que ces donnes permettaient galement au rcepteur de synchroniser son horloge par rapport au temps GPS travers un calcul de positionnement.

Paramtres de correction ionosphrique. Les hautes couches de latmosphre terrestre, qui constituent lionosphre, perturbent la propagation des signaux de navigation. Ces perturbations dgradent la prcision de la mesure de distance. Afin de corriger partiellement cette dgradation, des paramtres de correction ionosphrique sont transmis par les satellites eux-mmes et appliqus par les rcepteurs lors de leur calcul de position. Toutes ces donnes sont transmises selon un format et une squence bien dfinis et standardiss. La dfinition de cette squence et des frquences de rptition de chaque


39

message a t optimise lors de la conception des systmes afin de minimiser le temps de dmarrage des rcepteurs et dassurer la continuit de la fourniture dune position en cas de perte de messages (par exemple, lorsque le rcepteur se trouve temporairement masqu).

La diffusion de ces informations est ralise un dbit extrmement faible, de lordre de 50 bit/s pour GPS C/A et jusqu 125 bit/s pour Galileo.

Figure 2.16. Structure des donnes de navigation GPS

2.5. Le multiplexage

La mthode de multiplexage/dmultiplexage employe pour pouvoir sparer les signaux des diffrents satellites est le CDMA ou multiplexage par codes. Le principe est le suivant : chaque satellite dispose dune cl (mot dun code) laide de laquelle il code linformation transmettre. Connaissant la cl dun satellite donn, le rcepteur est capable dextraire le message de ce satellite du signal composite reu. Il sagit dune mthode de multiplexage dite d'talement de spectre car chaque satellite met sur une large bande de frquence. En gnral, la bande passante est proportionnelle au dbit des chips. Dans le cas du GPS et Galileo, il sagit dun multiplexage DS-CDMA (Direct Squence) .


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Il y a trois raisons principales pour lesquelles des formes d'onde DSSS sont utilises pour la navigation par satellite. La premire qui est le plus importante concerne les inversions

de phase frquentes dans le signal prsent par le PRN qui permet au rcepteur d'avoir une mesure prcise. La deuxime, l'utilisation de squences PRN diffrents partir d'un ensemble bien conu permet de multiples satellites de transmettre des signaux simultanment et la mme frquence. Un rcepteur peut distinguer ces signaux en fonction de leurs diffrents codes. Pour cette raison, la transmission de signaux multiples DSSS peut avoir diffrentes squences d'talement sur une frquence porteuse commune. Enfin, DSSS rejete une importante valeur d'interfrence bande troite [9].

Figure 2.17 Code Division Multiple Access.

2.6. Conclusion

Dans ce chapitre nous avons prsent les caractristiques du signal GPS. Ce dernier tant le systme de navigation le plus connu dans le monde.

Ce systme GPS possde deux types de code dtalement : le premier est pour lutilisation gnrale (service publique), le deuxime est pour lutilisation spciale (US-ARMY et OTAN). Ce systme utilise un code dtalement plus grand que celui utilis par le C/A avec un cryptage qui donne plus de prcision pour lutilisateur. La gnration des codes C/A est ralise par des registres dcalage branchs dune manire donner des caractristiques de corrlation dsires permettant la rcupration du signal transmis par le satellite.


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Le code P(Y) peut offrir un positionnement l'utilisateur mieux que le positionnement bas sur ltalement de spectre par code C/A. La longueur du code dtalement et la largeur de spectre de puissance de P(Y) sont plus importantes que celles du code C/A. Toutes ces caractristiques confrent au signal transmis des performances lui permettant de rsister aux effets externes tels que le multi trajet, les bruits .. La modernisation des systmes GPS, sous le plan [GPS ICD 2007], donne naissance une nouvelle porteuse L5 et de nouveaux codes dtalements C (civile) sur L1 et M (code militaire) sur L2 ainsi qu'une nouvelle technique de modulation appele BOC. Cette technique de modulation a deux lobes spectraux principaux loins de la porteuse (spectre partag) pour la diffusion des signaux. La technique de multiplexage DS-CDMA pour le partage de la frquence et le temps entre les satellites de constellation est utilise.

Chapitre III

Rcepteur logiciel pour GNSS

Chapitre 3 : Rcepteur logiciel pour GNSS

42

Chapitre 3

Rcepteur logiciel pour GNSS

3.1. Introduction

Au niveau du rcepteur plusieurs signaux provenant des diffrents satellites de constellation seront prsents. Ces signaux ne peuvent tre exploits directement cause du problme multi trajet, les interfrences entre les signaux et aussi le bruitetc. Pour tous ces faits une acquisition convenable du signal est obligatoire.

Lacquisition est la premire tape de traitement effectue par le rcepteur GNSS. Elle utilise une partie du signal reu pour faire la synchronisation par la recherche de code et la frquence correcte ; ensuite un programme de poursuite est lanc avec un ajustement des paramtres de synchronisation.

Lapplication de la radio logicielle pour la rception de signaux GNSS devient un grand domaine de recherche. Le rcepteur sous SDR a des avantages spcifiques par rapport au rcepteur hardware traditionnel comme, par exemple, la facilit de mise jour, la flexibilit dans la conception, l'indpendance matrielleetc.

Dans ce chapitre nous prsentons la rception logicielle, les diffrentes tapes de rception et les diffrentes mthodes dacquisition, et enfin les techniques dintgration.


43

3.2. Les rcepteur GNSS Technologie Avance

Un rcepteur GNSS est une combinaison de matriels et de logiciels capable de recevoir les signaux GNSS de plusieurs satellites et puis faire un traitement pour obtenir : une position utile, une vitesse, et des informations sur la synchronisation. La figure 3.1 montre un schma gnral sur les composants ncessaires dans un rcepteur GNSS.

Dans la conception de rcepteurs GNSS; il y a beaucoup de recherches visant amliorer : la navigation globale, l'orientation par satellite et les fonctions de synchronisation. Larchitecture du rcepteur conventionnel GNSS est base sur une antenne relie une srie de circuits intgrs spcifiques (ASIC) ; le tout est contrl par un processeur central. La combinaison entre les parties matrielle et logicielle ralise toutes les fonctions du rcepteur [3, 18].

Le rcepteur logiciel GNSS "software GNSS receiver" a dmontr que la plupart des fonctions matrielles numriques peuvent tre effectues par un logiciel. Ceci a ouvert la

possibilit d'encore plus de flexibilit dans la conception du systme tout en liminant plusieurs composants lourds et qui consomment beaucoup dnergie.

3.2.1. Radio logicielle idale

Le terme Radio Logicielle a t dfini par Joseph Mitola en 1995 pour la proposition dune nouvelle technologie radio permettant la ralisation de terminaux et dinfrastructure des stations de base radio capable de supporter, indpendamment du matriel, un fonctionnement multiservice et reconfigurable distance. Le forum de la Radio Logicielle dfinit la Radio Logicielle ultime (USR, Ultimate Software Radio) comme une radio qui accepte le trafic entirement programmable, le contrle des informations et supporte une large gamme de frquences, des interfaces radio, et des logiciels dapplication. Figure 4.1.

L'utilisateur peut passer d'une interface radio une autre en quelques millisecondes, utiliser les systmes de localisation mondiaux (GNSS, Global Navigation Satellite System) pour l'emplacement, stocker de l'argent en utilisant la technologie de carte puce, regarder une station d'mission locale ou recevoir une transmission par satelliteetc.


44

La dfinition exacte de la Radio Logicielle est controverse, et il n'existe aucun consensus sur le niveau de la reconfiguration requis pour qualifier une radio comme Radio Logicielle. Une radio qui inclut un calculateur ou un processeur de traitement du signal (DSP, Digital Signal Processing) ne se qualifie pas ncessairement comme Radio Logicielle. Cependant, une radio qui configure dans le logiciel sa technique de modulation, la correction des erreurs, les processus de chiffrage, prsente un contrle de linterface RF, et surtout programmable est clairement une Radio Logicielle. Le degr de reconfigurabilit est largement dtermin par une interaction complexe entre un certain nombre de paramtres communs dans la conception radio, y compris les systmes d'ingnierie, les technologies d'antenne, l'lectronique intgre RF, le traitement en bande de base, la reconfigurabilit du matriel, et la gestion de la consommation de puissance [12, 18].

La fonctionnalit des architectures radio conventionnelles est gnralement dtermine principalement par le matriel avec un minimum de configuration par logiciel. Le matriel se compose damplificateurs, de filtres, de mlangeurs (souvent plusieurs tages), et doscillateurs. Le logiciel est utilis pour contrler l'interface avec le rseau, ladressage et le contrle derreur.

Puisque le matriel domine la conception, la mise niveau d'une conception radio conventionnelle signifie essentiellement labandon complet de l'ancienne conception. Dans la mise niveau dune conception Radio Logicielle, la grande majorit du nouveau contenu est logiciel et le reste nest quune reconfiguration des paramtres et des architectures des composants matriels.

En bref, la Radio Logicielle reprsente un passage de paradigme des radios fixes et matriels intensifs la radio multi-bande, multi-mode, dpendant principalement du logiciel.


45

Figure 3.1. Partitionnement des rcepteurs

3.2.2 Radio Logicielle Restreinte (software defined radio)

Larchitecture prcdente a t dfinie comme idale parce qu'il y a plusieurs points qui font, qu l'heure actuelle, elle est loin d'tre ralisable. Tout d'abord, il n'est pas raisonnable d'utiliser un seul tage RF pour un systme multi-bande d l'impossibilit de construire des antennes et des filtres RF sur une largeur de bande s'tendant dune centaine de mgahertz une dizaine de gigahertz. De plus, les problmes de linarit de lamplificateur de puissance (PA, Power Amplifier) constituent un handicap pour cette architecture.

Rellement, la seule manire de garantir le dispositif multi-bande sera d'avoir plusieurs tages RF, selon la bande radio utilise pour le systme de radio logicielle.

En supposant qu'il soit possible de concevoir des composants analogiques qui traitent de tels signaux RF, tout le traitement numrique du signal RF naura de sens que si les signaux peuvent tre numriss. Ainsi, le CAN est llment cl pour la Radio Logicielle. Il est bien vident que le CAN dans le rcepteur Radio Logicielle doit rpondre des spcifications trs svres. Conscient des contraintes associes au CAN, l'ide d'une radio qui a besoin d'un CAN l'antenne a perdu de sa crdibilit auprs des concepteurs de circuits intgrs.


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La conclusion est que l'architecture idale de la Radio Logicielle de la figure 3.1, numrisant la largeur de bande de tous les services supports par le terminal, n'est pas ralisable dans un avenir proche. Par consquent, de nombreux travaux se sont orients vers une technologie sous optimale. Il s'agit de la Radio Logicielle Restreinte [12].

D'une faon gnrale, les architectures de la Radio Logicielle Restreinte rpondent toutes au schma de la figure 3.2. Dans cette architecture pragmatique il y a deux parties spares par le CAN : la premire (AFE, Analog Front End) qui reste analogique car non ralisable actuellement en numrique et la seconde (DBE, Digital Back End) numrique qui ralise certaines anciennes fonctions analogiques. Voir tableau 3.1.

Figure 3.2. Architecture dtaille de la Radio Logicielle Restreinte

Linterface analogique (AFE) est gnralement compose par les lments suivants :

Antenne (rception et mission des signaux radio).

Filtre RF (rduction des niveaux des bloqueurs et des interfrents).

Amplificateur (adaptation des niveaux des signaux aux entres des circuits).

Mlangeur (transposition de frquence). L'ide de base pour rendre possible la SDR est d'tendre les mthodes de traitement numrique le plus proche de l'antenne afin de faciliter la reconfiguration et donc l'aspect gnrique, voire universel. Ltage numrique (DBE) est alors la partie du systme o le traitement numrique remplace


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les traitements analogiques. Son rle est de raliser l'interface entre le CAN qui numrise la bande et les circuits numriques qui vont traiter un canal particulier tableau 3.1 [14]. Nous pouvons discerner les trois fonctions essentielles de ltage numrique :

1. Transposition en quadrature : convertir les signaux rels numriss par le CAN en signaux complexes le plus souvent en bande de base.

2. Adaptation des frquences d'chantillonnage et des dbits entre l'entre (numrisation de la bande systme) et la sortie (frquence chip ou symbole).

3. Slection du canal ou des canaux utiles dans la bande systme.

L'existence ou les spcifications de ces trois fonctions essentielles dpendent des choix de l'architecture de rception et des standards considrs.

ASIC FPGA DSP GPP

Consommation ++ O O

Cots de production de grandes sries ++ O O

Puissance de calcule (traitement de signal) ++ + O O Cots de production de petites sries O O

Souplesse O + ++ ++

Rutilisation des efforts de dveloppement O O + ++

Tableau 3.1 Comparatif des diffrentes catgories de composants de traitement du signal.

3.3. Larch

inj khazzar zaki aissam (2).pdf

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