Techniques de synchronisation mono-porteuse pour les ...

Compensation Doppler
pour les Communications
Acoustiques Sous­Marines
Goulven Eynard et Christophe Laot
Institut TELECOM; TELECOM Bretagne
26/03/08

Sommaire
• Présentation d’un récepteur adaptatif.
• Limite de ce système : problème de récupération du rythme.
• Impact de l’effet Doppler sur le canal acoustique sous-marin.
• Extraction du Doppler à partir du récepteur existant.
• Proposition de système de compensation Doppler adaptatif.
• Résultats de simulation.
• Conclusions.
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Présentation d’une chaîne de communication numérique
avec récepteur adaptatif
• Modulateur M-PSK.
j
X+∞
s(t) = ℜ
n=−∞
dngE(t − nT)e j2πfct
ff
• Canal sélectif en fréquence et variant dans le temps.
• Récepteur avec NR antennes (diversité spatiale).
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Récepteur numérique adaptatif
• La récupération du rythme utilise une structure bouclée (Delay Lock Loop) qui se
verrouille sur les passages à zéro du signal (algorithme de Gardner).
• L’égalisation est opérée conjointement avec la synchronisation porteuse par un
algorithme adaptatif (PLL et égalisation SA-DFE).
• Le récepteur actuel n’exploite pas le fait que l’effet Doppler influe de manière
conjointe la porteuse et le rythme du signal reçu.
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Limite de ce système : problème de récupération du rythme
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Impact de l’effet Doppler sur le canal acoustique
sous-marin
• En ne prenant en compte que l’effet Doppler, le signal présent à l’entrée du récepteur
se retrouve compressé/dilaté en temps :
r(t) = s((1 − δ)t)
• Avec δ le décalage Doppler supposé constant sur la durée de quelques temps
symbole :
δ = v/c
Où v est la vitesse relative entre l’émetteur et le récepteur, et c la célérité du milieu.
• Hypothèse : l’effet Doppler est considéré le même sur toute les antennes du récepteur.
(Cas valide en transmission acoustique sous-marine dite petit fond et horizontale).
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Impact de l’effet Doppler sur le canal acoustique
sous-marin
• L’effet Doppler agit simultanément sur la phase et la fréquence du signal reçu
démodulé en bande de base :
v(tm) =
v[m] =
+∞X
dng((1 − δ)tm − nT)e −j2πf dtm + b(tm) ⇒ tm = mT
1 − δ = mT ′ ,
n=−∞
+∞X
dng((m − n)T)e −j2πfdmT + b[m] ⇒ fd = −fc
n=−∞
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δ
1 − δ

Extraction du Doppler à partir du démodulateur existant :
analyse de la PLL
• Le filtre de boucle peut être vue comme un filtre linéaire agissant sur la phase du
signal d’entrée wθ[m] :
wθ[m] = α[m]dme jθ[m] + ϑ[m]
Avec :
θ[m] = 2πfdmT + Θ0
Si on note h[m] la réponse impulsionnelle du filtre linéaire équivalent :
ˆθ[m] = (θ ∗ h)[m]
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Extraction du Doppler à partir du démodulateur existant :
analyse de la PLL
• Sous hypothèse de linéarité (la boucle doit être en zone de convergence), h[m] a une
transformée en z H(z), que l’on peut exprimer :
H(z) =
K1(z − 1) + K2z
(z − 1) 2 + K1(z − 1) + K2z
• En supposant que la phase du signal entrant peut s’écrire (composé d’une rampe et
d’un échelon) :
T z z
Θ(z) = 2πfd + Θ0
(z − 1) 2 z − 1
On peut alors exprimer la sortie de l’intégrateur I(z). Le théorème de la valeur finale
nous donne :
lim i[m] = lim
m→∞ z→1 (1 − z −1 )I(z) = 2πˆfd[m]T
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Proposition de système de compensation Doppler adaptatif
• L’estimation du Doppler opérée sur les données égalisées permet d’avoir une
estimation non dépendante de la variation de l’atténuation du canal.
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Résultats de simulation
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Conclusions
• Une méthode de compensation Doppler adaptative et aveugle a été
présentée.
• Cette méthode de synchronisation permet de compenser de manière
conjointe à l’égalisation des décalages Doppler forts.
• Par rapport à l’existant, cette méthode présente une meilleure
robustesse aux variations du canal.
• La structure du récepteur prend en compte l’impact simultané du
Doppler sur la phase et le rythme.
• Un système de pré-compensation Doppler peut être utilisé en
complément afin de faciliter la convergence des algorithmes adaptatifs.
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