FR3144302A1 - RF SPECTRUM MONITORING AND SIGNAL DETECTION DEVICE - Google Patents
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Abstract
Dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal (100), comprenant :- un circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q (102) recevant un signal RF, ayant une première sortie délivrant une composante abaissée en fréquence en bande de base en phase, et une deuxième sortie délivrant une composante abaissée en fréquence en bande de base en quadrature ;- un premier circuit de détection de signe d’amplitude (114) délivrant en sortie un premier signal de signe d’amplitude représentatif du signe de l’amplitude de la composante en phase ; - un deuxième circuit de détection de signe d’amplitude (118) délivrant en sortie un deuxième signal de signe d’amplitude représentatif du signe de l’amplitude de la composante en quadrature ; - un circuit de détection de signe de fréquence (120), couplé à des sorties des circuits de détection de signe d’amplitude, et délivrant en sortie un signal de signe de fréquence représentatif du signe de la différence de phase entre les premier et deuxième signaux de signe d’amplitude, et ainsi du signe de fréquence du signal RF abaissé en fréquence en bande de base. Figure de l’abrégé : Figure 1. RF spectrum monitoring and signal detection device (100), comprising:- an I/Q baseband down-conversion circuit (102) receiving an RF signal, having a first output delivering a down-band frequency component base in phase, and a second output delivering a lowered frequency component in quadrature baseband; - a first amplitude sign detection circuit (114) delivering at output a first amplitude sign signal representative of the sign of the amplitude of the in-phase component; - a second amplitude sign detection circuit (118) outputting a second amplitude sign signal representative of the sign of the amplitude of the quadrature component; - a frequency sign detection circuit (120), coupled to outputs of the amplitude sign detection circuits, and outputting a frequency sign signal representative of the sign of the phase difference between the first and second amplitude sign signals, and thus the frequency sign of the RF signal lowered in baseband frequency. Abstract Figure: Figure 1.
Description
Cette invention concerne le domaine de la surveillance de spectre radiofréquence (RF) et de la détection de signal, avec un accent sur la faible consommation d’énergie et sans aucune information préalable sur la condition du spectre.This invention relates to the field of radio frequency (RF) spectrum monitoring and signal detection, with emphasis on low power consumption and without any prior information on the spectrum condition.
Un spectre est une ressource qui est hautement régulée par les instances dirigeantes. Il existe des bandes de spectre libres, telles que la bande ISM (industrielle, scientifique et médicale) de 2,4 GHz avec une bande passante de 100 MHz, qui suscitent beaucoup d’intérêt. Il existe plusieurs normes de communication sans fil et de nombreuses applications industrielles utilisant cette bande ISM dans lesquelles des canaux de normes de communication complètement différentes se chevauchent. Ceci rend le spectre de cette bande (et également d’autres bandes) très complexe et la coexistence de signaux dans cette bande très difficile.Spectrum is a resource that is highly regulated by governing bodies. There are free spectrum bands, such as the 2.4 GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical) band with a bandwidth of 100 MHz, which are attracting a lot of interest. There are several wireless communication standards and many industrial applications using this ISM band in which channels of completely different communication standards overlap. This makes the spectrum of this band (and also other bands) very complex and the coexistence of signals in this band very difficult.
Cet encombrement augmente la nécessité de la surveillance de spectre et de la détection de signal à coexister avec l’activité d’interférence. Les signaux disponibles par liaison radio peuvent se situer n’importe où dans cette bande. Il peut s’agir de signaux de communication modulés à large bande ou de tout type de produits industriels ou commerciaux émettant de l’énergie se situant dans la bande. C’est une tâche très compliquée de surveiller un tel spectre complexe sans aucune connaissance préalable.This congestion increases the need for spectrum monitoring and signal detection to coexist with the interference activity. The signals available over the air can be located anywhere in this band. They can be wideband modulated communication signals or any type of industrial or commercial products emitting energy located in the band. It is a very complicated task to monitor such a complex spectrum without any prior knowledge.
Un autre intérêt de la surveillance de spectre est d’identifier un signal d’intérêt par liaison radio pour faire fonctionner une radio sans fil de manière opportuniste pour faire des économies d’énergie, comme dans un réveil par radio par exemple.Another interest of spectrum monitoring is to identify a signal of interest by radio link to operate a wireless radio opportunistically to save energy, as in a radio alarm clock for example.
Généralement, l’abaissement de fréquence et le filtrage sont des étapes de prétraitement requises pour extraire des informations avec une consommation d’énergie minimale à partir d’une bande de fréquence donnée située à des hautes fréquences. Par conséquent, la bande passante de traitement requise peut être réduite sans aucune perte d’information.Typically, downconversion and filtering are preprocessing steps required to extract information with minimal power consumption from a given frequency band located at high frequencies. Therefore, the required processing bandwidth can be reduced without any loss of information.
Des abaissements de fréquence en basse IF (fréquence intermédiaire) ou haute IF peuvent être mises en œuvre dans une architecture hétérodyne. Ces options requièrent un filtrage passe-bande RF (BFP) avant l’abaissement de fréquence, qui ne soit pas centré autour de la fréquence d’oscillateur local (LO). Les filtres utilisés pour ce BFP RF peuvent être hors puce, tels que des filtres SAW, mais avec l’inconvénient d’augmenter le coût du circuit utilisant ces filtres, et requérant une consommation d’énergie élevée et une grande superficie de puce.Low IF (intermediate frequency) or high IF downconversion can be implemented in a heterodyne architecture. These options require RF bandpass filtering (BFP) before downconversion, which is not centered around the local oscillator (LO) frequency. The filters used for this RF BFP can be off-chip, such as SAW filters, but with the disadvantage of increasing the cost of the circuit using these filters, and requiring high power consumption and large die area.
En variante à des abaissements de fréquence en basse-IF ou haute-IF, un abaissement de fréquence en bande de base, ou abaissement de fréquence en zéro-IF, peut être réalisé, à savoir abaisser en fréquence autour de la composante continue ou de 0. Cet abaissement de fréquence en bande de base requiert un filtrage centré autour d’une fréquence de LO. Cette fonction de transfert de filtre peut être mise en œuvre entièrement sur puce avec une bande de base pour une transformation d’impédance RF par l’intermédiaire d’un mélangeur passif. Ceci réduit drastiquement le coût et la consommation d’énergie comparativement aux filtres SAW utilisés pour les abaissements de fréquence en basse-IF ou haute-IF. Toutefois, l’image de la bande est repliée sur elle-même et cette architecture requiert une architecture homodyne et ainsi un traitement de signal complexe pour préserver les informations en bande de base.As an alternative to low-IF or high-IF downconversions, baseband downconversion, or zero-IF downconversion, can be achieved, i.e. downconversion around the DC component or 0. This baseband downconversion requires filtering centered around a LO frequency. This filter transfer function can be implemented entirely on-chip with a baseband for RF impedance transformation via a passive mixer. This drastically reduces cost and power consumption compared to SAW filters used for low-IF or high-IF downconversions. However, the band image is folded on itself and this architecture requires a homodyne architecture and thus complex signal processing to preserve the baseband information.
La détection d’énergie est l’opération de complexité et de consommation d’énergie la plus basse qui puisse être utilisée pour détecter des signaux après un abaissement de fréquence en bande de base. La détection d’énergie peut être réalisée sur le signal de bande de base pour détecter l’existence d’un signal dans une bande de fréquence. Toutefois, les informations extraites sont très limitées et l’usage est limité à des tâches de détection très simples.Energy detection is the lowest complexity and energy consumption operation that can be used to detect signals after baseband downconversion. Energy detection can be performed on the baseband signal to detect the existence of a signal in a frequency band. However, the extracted information is very limited and the usage is limited to very simple detection tasks.
Un objectif de la présente invention est de fournir un dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal à faible consommation d’énergie qui puisse détecter des signaux dans un spectre dans diverses conditions et sans aucune information préalable sur la condition du spectre.An objective of the present invention is to provide a low-power RF spectrum monitoring and signal detection device that can detect signals in a spectrum under various conditions and without any prior information about the spectrum condition.
À cette fin, l’invention propose un dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal, comprenant :
- un circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q, comprenant une entrée configurée pour recevoir un signal RF, une première sortie configurée pour délivrer une composante abaissée en fréquence en bande de base en phase du signal RF, et une deuxième sortie configurée pour délivrer une composante abaissée en fréquence en bande de base en quadrature du signal RF ;
- un premier circuit de détection de signe d’amplitude comprenant une entrée couplée à la première sortie du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q, et configuré pour délivrer en sortie un premier signal de signe d’amplitude dont la valeur d’amplitude dépend du signe de l’amplitude de la composante abaissée en fréquence en bande de base en phase ;
- un deuxième circuit de détection de signe d’amplitude comprenant une entrée couplée à la deuxième sortie du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q, et configuré pour délivrer en sortie un deuxième signal de signe d’amplitude dont la valeur d’amplitude dépend du signe de l’amplitude de la composante abaissée en fréquence en bande de base en quadrature ;
- un circuit de détection de signe de fréquence, comprenant des entrées couplées à des sorties des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude, et configuré pour délivrer en sortie un signal de signe de fréquence dont la valeur d’amplitude, ou une présence ou une absence d’oscillations dans le signal de signe de fréquence, dépend du signe de la différence de phase entre les premier et deuxième signaux de signe d’amplitude, et est représentative du signe de fréquence d’un signal RF abaissé en fréquence en bande de base comprenant la composante abaissée en fréquence en bande de base en phase du signal RF et la composante abaissée en fréquence en bande de base en quadrature du signal RF.To this end, the invention provides an RF spectrum monitoring and signal detection device, comprising:
- an I/Q baseband downconverter circuit, comprising an input configured to receive an RF signal, a first output configured to output an in-phase baseband downconverted component of the RF signal, and a second output configured to output a quadrature baseband downconverted component of the RF signal;
- a first amplitude sign detection circuit comprising an input coupled to the first output of the I/Q baseband downconverter circuit, and configured to output a first amplitude sign signal whose amplitude value depends on the sign of the amplitude of the in-phase baseband downconverted component;
- a second amplitude sign detection circuit comprising an input coupled to the second output of the I/Q baseband downconverter circuit, and configured to output a second amplitude sign signal whose amplitude value depends on the sign of the amplitude of the quadrature baseband downconverted component;
- a frequency sign detection circuit, comprising inputs coupled to outputs of the first and second amplitude sign detection circuits, and configured to output a frequency sign signal whose amplitude value, or a presence or absence of oscillations in the frequency sign signal, depends on the sign of the phase difference between the first and second amplitude sign signals, and is representative of the frequency sign of a baseband downconverted RF signal comprising the in-phase baseband downconverted component of the RF signal and the quadrature baseband downconverted component of the RF signal.
Le dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal proposé réalise tout d’abord un abaissement de fréquence en bande de base I/Q du signal RF tout en divisant le signal en une composante en phase et une composante en quadrature. Les premier et deuxième signaux de signe d’amplitude (qui peuvent être considérés comme des signaux numériques) sont alors générés de telle manière que la valeur d’amplitude de chacun de ces signaux dépend du signe de l’amplitude des composantes abaissées en fréquence en bande de base respectivement. Enfin, un signal de signe de fréquence, qui est représentatif du signe de la différence de phase, ou du retard, entre les premier et deuxième signaux de signe d’amplitude, est généré.The proposed RF spectrum monitoring and signal detection device first performs I/Q baseband downconversion of the RF signal while dividing the signal into an in-phase component and a quadrature component. The first and second amplitude sign signals (which can be regarded as digital signals) are then generated such that the amplitude value of each of these signals depends on the sign of the amplitude of the downconverted baseband components respectively. Finally, a frequency sign signal, which is representative of the sign of the phase difference, or delay, between the first and second amplitude sign signals, is generated.
Contrairement aux signaux réels, les signaux complexes ont un spectre non symétrique. La détection du signe de fréquence d’un signal complexe tel que proposé dans l’invention détermine sur quelle moitié du spectre le signal se situe. Ainsi, une information très utile sur le contenu du spectre et l’emplacement des signaux disponibles dans le spectre est extraite de cette information. Par conséquent, une quantité bien plus importante d’informations peut être extraite sur le contenu du spectre. L’extraction de ces éléments caractéristiques est réalisée avec une information de différence de phase entre les signaux I et Q et un taux de passage par zéro de ces signaux I ou Q.Unlike real signals, complex signals have a non-symmetrical spectrum. Detecting the frequency sign of a complex signal as proposed in the invention determines on which half of the spectrum the signal is located. Thus, very useful information about the content of the spectrum and the location of the available signals in the spectrum is extracted from this information. Consequently, a much larger amount of information can be extracted about the content of the spectrum. The extraction of these characteristic elements is carried out with phase difference information between the I and Q signals and a zero crossing rate of these I or Q signals.
L’abaissement de fréquence en bande de base mis en œuvre par le dispositif permet de réduire la bande passante de traitement requise au minimum.The baseband frequency downscaling implemented by the device helps to reduce the required processing bandwidth to a minimum.
La détection du signe de fréquence d’un signal complexe tel que proposé dans l’invention est plus sûre qu’une simple détection d’énergie. En effet, si un filtre passe-bande complexe est appliqué à des signaux et qu’une simple détection d’énergie est réalisée sur les signaux filtrés, l’énergie extraite peut être supérieure à un seuil en fonction de l’atténuation du filtre et de l’intensité du signal hors bande, et une mauvaise détection peut se produire. Un signal hors bande peut se situer au niveau de la fréquence image. Si une détection d’énergie est réalisée sur des signaux I ou Q directement sans les combiner pour obtenir le signal S = I + jQ, le contenu d’image sera fusionné avec le contenu souhaité. Dans ce cas, il est impossible de comprendre si le signal provient d’une fréquence positive ou négative avec une simple détection d’énergie. Si une détection d’énergie est réalisée après reconstruction du signal S = I + jQ, l’image peut ne pas être entièrement supprimée et peut rester dans la bande souhaitée en raison des imperfections de traitement. Il n’est pas possible d’évaluer cet effet avec une simple détection d’énergie. Un signal hors bande peut être à une fréquence différente de la fréquence image mais il peut toujours provoquer une mauvaise détection s’il a suffisamment de puissance.The detection of the frequency sign of a complex signal as proposed in the invention is more reliable than simple energy detection. This is because if a complex bandpass filter is applied to signals and simple energy detection is performed on the filtered signals, the extracted energy may be greater than a threshold depending on the attenuation of the filter and the strength of the out-of-band signal, and poor detection may occur. An out-of-band signal may be at the image frequency. If energy detection is performed on I or Q signals directly without combining them to obtain the signal S = I + jQ, the image content will be merged with the desired content. In this case, it is impossible to understand whether the signal comes from a positive or negative frequency with simple energy detection. If energy detection is performed after reconstructing the signal S = I + jQ, the image may not be completely removed and may remain in the desired band due to processing imperfections. It is not possible to evaluate this effect with simple energy detection. An out-of-band signal may be at a different frequency than the image frequency but it can still cause a bad detection if it has enough power.
La fonction de détection de signe de fréquence proposée peut atténuer ces mauvaises détections. Si le signal se situe sur le côté opposé du spectre par rapport au côté où le filtre se situe, le signe de fréquence éliminera les mauvaises détections même si la détection d’énergie identifie l’existence d’un signal.The proposed frequency sign detection feature can mitigate these misdetections. If the signal is on the opposite side of the spectrum from where the filter is located, the frequency sign will eliminate misdetections even if the energy detection identifies the existence of a signal.
Le dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal selon l’invention peut être utilisé pour toute bande de fréquence arbitraire et/ou pour tout signal arbitraire, indépendamment des valeurs des fréquences de la bande de spectre et de la complexité des signaux à détecter. Le dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal peut être utilisé pour détecter des signaux analogiques de toute forme telle que des sinusoïdes, des ondes triangulaires, des ondes carrées, etc., qui couvre tout signal industriel ou médical, ou des signaux modulés, qui couvre les signaux de communication.The RF spectrum monitoring and signal detection device according to the invention can be used for any arbitrary frequency band and/or for any arbitrary signal, regardless of the values of the frequencies of the spectrum band and the complexity of the signals to be detected. The RF spectrum monitoring and signal detection device can be used to detect analog signals of any shape such as sinusoids, triangular waves, square waves, etc., which covers any industrial or medical signal, or modulated signals, which covers communication signals.
L’architecture proposée du dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal peut être mise en œuvre avec une faible puissance, un faible coût et une haute précision. Par ailleurs, il n’existe aucune ambiguïté dans le résultat obtenu entre la différence de phase de fréquence positive et négative.The proposed architecture of RF spectrum monitoring and signal detection device can be implemented with low power, low cost and high accuracy. Moreover, there is no ambiguity in the result obtained between positive and negative frequency phase difference.
Le dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal peut être utilisé pour différents types d’applications : détection de bande vide, détection de bande occupée, FFT (transformée de Fourier rapide) grossière, démodulation (par exemple FSK), et synchronisation. Le dispositif proposé peut également être utilisé en Bluetooth pour réaliser une détection de RSSI (indication d’intensité de signal reçu) et une détection d’occupation de canal pour une génération de séquence de saut de fréquence adaptatif. Le dispositif proposé peut également être utilisé en faible énergie Bluetooth (BLE) pour détecter des paquets de notification, qui peuvent arriver avec une période de 20 ms à 10 s.The RF spectrum monitoring and signal detection device can be used for different types of applications: empty band detection, busy band detection, coarse FFT (Fast Fourier Transform), demodulation (e.g. FSK), and synchronization. The proposed device can also be used in Bluetooth to perform RSSI (Received Signal Strength Indication) detection and channel occupancy detection for adaptive frequency hopping sequence generation. The proposed device can also be used in Bluetooth Low Energy (BLE) to detect notification packets, which may arrive with a period of 20 ms to 10 s.
Le dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal peut être utilisé à la façon d’un réveil par radio pour détecter un signal d’intérêt pour activer le récepteur radio principal. Par conséquent, il pourrait réduire drastiquement la consommation d’énergie globale du système. Tous les dispositifs à faible puissance utilisant une communication sans fil tel qu’un internet des objets, des nœuds de capteur sans fil à faible puissance, des dispositifs portables et implantables à faible puissance, etc. peuvent bénéficier du dispositif proposé.The RF spectrum monitoring and signal detection device can be used as a radio alarm clock to detect a signal of interest to activate the main radio receiver. Therefore, it could drastically reduce the overall power consumption of the system. Any low-power devices using wireless communication such as an Internet of Things, low-power wireless sensor nodes, low-power wearable and implantable devices, etc. can benefit from the proposed device.
Le dispositif proposé peut être utilisé dans des clés de voiture intelligentes, ce qui nécessite de détecter la voiture à proximité avec une très faible consommation d’énergie pour déverrouiller la voiture ou activer certaines autres fonctions.The proposed device can be used in smart car keys, which requires detecting the nearby car with very low power consumption to unlock the car or activate some other functions.
Dans un premier mode de réalisation, le circuit de détection de signe de fréquence peut comprendre une bascule D, une entrée de données de la bascule D étant couplée à l’une des sorties des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude, et une entrée d’horloge de la bascule D étant couplée à l’autre des sorties des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude. Dans ce premier mode de réalisation, le circuit de détection de signe de fréquence délivre en sortie un signal numérique ayant une valeur 0 ou 1 selon le signe de la fréquence du signal complexe délivré en sortie par le circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q, et ainsi ne nécessite pas de circuit d’affichage additionnel. Dans cette configuration, la valeur d’amplitude du signal de signe de fréquence est représentative du signe de fréquence du signal RF abaissé en fréquence en bande de base.In a first embodiment, the frequency sign detection circuit may include a D flip-flop, a data input of the D flip-flop coupled to one of the outputs of the first and second amplitude sign detection circuits, and a clock input of the D flip-flop coupled to the other of the outputs of the first and second amplitude sign detection circuits. In this first embodiment, the frequency sign detection circuit outputs a digital signal having a value of 0 or 1 depending on the sign of the frequency of the complex signal output by the I/Q baseband downconverter circuit, and thus does not require additional display circuitry. In this configuration, the amplitude value of the frequency sign signal is representative of the frequency sign of the downconverted baseband RF signal.
Dans une variante du premier mode de réalisation, le circuit de détection de signe de fréquence peut comprendre :
- une bascule T, une entrée de données de la bascule T étant couplée à l’une des sorties des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude, une entrée d’horloge de la bascule T étant couplée à l’autre des sorties des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude, et
- un détecteur d’oscillation comprenant une entrée couplée à la sortie de la bascule T et configuré pour délivrer en sortie un signal dont la valeur dépend de l’oscillation ou non du signal délivré en sortie par la bascule T.In a variation of the first embodiment, the frequency sign detection circuit may comprise:
- a T flip-flop, a data input of the T flip-flop being coupled to one of the outputs of the first and second amplitude sign detection circuits, a clock input of the T flip-flop being coupled to the other of the outputs of the first and second amplitude sign detection circuits, and
- an oscillation detector comprising an input coupled to the output of the T flip-flop and configured to output a signal whose value depends on whether or not the signal output by the T flip-flop oscillates.
Dans cette variante, la présence ou l’absence d’oscillations dans le signal de signe de fréquence est représentative du signe de fréquence du signal RF abaissé en fréquence en bande de base.In this variant, the presence or absence of oscillations in the frequency sign signal is representative of the frequency sign of the downconverted baseband RF signal.
Chacun des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude peut comprendre l’un des éléments suivants : un amplificateur à limitation d’amplitude, un comparateur, un comparateur à bascule de Schmitt, un comparateur réglé au temps d’horloge, un circuit transconducteur couplé à un comparateur de courant.Each of the first and second amplitude sign detection circuits may include one of the following: an amplitude limiting amplifier, a comparator, a Schmitt trigger comparator, a clock time-controlled comparator, a transconductor circuit coupled to a current comparator.
Le dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal peut en outre comprendre une première unité de filtrage comportant un premier filtre passe-bas et/ou un premier filtre passe-bande complexe de bande de base et comprenant au moins une entrée couplée à la première sortie du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q et une sortie couplée à l’entrée du premier circuit de détection de signe d’amplitude, et une deuxième unité de filtrage comportant un deuxième filtre passe-bas et/ou un deuxième filtre passe-bande complexe de bande de base et comprenant au moins une entrée couplée à la deuxième sortie du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q et une sortie couplée à l’entrée du deuxième circuit de détection de signe d’amplitude. Par exemple, les filtres passe-bande complexes de bande de base peuvent être utilisés pour éliminer par filtrage les signaux en dehors de la bande ISM et pour éliminer par filtrage certaines parties à l’intérieur de la bande ISM. Par conséquent, il est possible de diviser la bande ISM en bandes plus petites. Par exemple, dans des conditions de spectre très encombré et compliqué, cela améliore la puissance de traitement et la précision du dispositif tout en réduisant la consommation d’énergie du dispositif puisque les circuits après les filtres passe-bande complexes de bande de base peuvent travailler avec un spectre moins complexe et nécessiteraient par conséquent une consommation d’énergie inférieure.The RF spectrum monitoring and signal detection device may further include a first filter unit having a first low-pass filter and/or a first baseband complex bandpass filter and having at least one input coupled to the first output of the I/Q baseband downconverter circuit and an output coupled to the input of the first amplitude sign detection circuit, and a second filter unit having a second low-pass filter and/or a second baseband complex bandpass filter and having at least one input coupled to the second output of the I/Q baseband downconverter circuit and an output coupled to the input of the second amplitude sign detection circuit. For example, the baseband complex bandpass filters may be used to filter out signals outside the ISM band and to filter out portions within the ISM band. Accordingly, the ISM band may be divided into smaller bands. For example, in very crowded and complicated spectrum conditions, this improves the processing power and accuracy of the device while reducing the power consumption of the device since the circuits after the complex baseband bandpass filters can work with less complex spectrum and would therefore require lower power consumption.
Dans un deuxième mode de réalisation, le dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal peut en outre comprendre au moins un compteur dont une entrée est couplée à l’une des sorties des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude, et configuré pour délivrer en sortie une fréquence moyenne du signal RF abaissé en fréquence en bande de base. Ce deuxième mode de réalisation peut permettre, grâce à la valeur obtenue de la fréquence moyenne du signal RF abaissé en fréquence en bande de base, d’éviter une mauvaise détection si un fort signal hors bande se situe du même côté que la bande d’intérêt, ou dans le cas où il existe de multiples signaux dans le spectre et où la majeure partie de la puissance se situe du même côté du spectre.In a second embodiment, the RF spectrum monitoring and signal detection device may further comprise at least one counter having an input coupled to one of the outputs of the first and second amplitude sign detection circuits, and configured to output an average frequency of the down-converted RF signal to baseband. This second embodiment may allow, by means of the obtained value of the average frequency of the down-converted RF signal to baseband, to avoid misdetection if a strong out-of-band signal is located on the same side as the band of interest, or in the case where there are multiple signals in the spectrum and where most of the power is located on the same side of the spectrum.
Dans un troisième mode de réalisation, le dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal peut en outre comprendre :
- un calculateur de valeur moyenne comprenant une entrée couplée à la sortie du circuit de détection de signe de fréquence, et configuré pour délivrer en sortie un signal dont la valeur correspond à la moyenne du signal de signe de fréquence, et
- un circuit de comparateur configuré pour comparer le signal délivré en sortie par le comparateur de valeur moyenne à une valeur seuil haute et/ou une valeur seuil basse.In a third embodiment, the RF spectrum monitoring and signal detection device may further comprise:
- an average value calculator comprising an input coupled to the output of the frequency sign detection circuit, and configured to output a signal whose value corresponds to the average of the frequency sign signal, and
- a comparator circuit configured to compare the signal output by the average value comparator to a high threshold value and/or a low threshold value.
La comparaison de la valeur moyenne du signal de signe de fréquence à la (aux) valeur(s) seuil permet une détection de signal unique/multiple parce que la moyenne des signaux de signe de fréquence dépendra du contenu du signal sur le contenu du spectre côté positif et négatif.Comparing the average value of the frequency sign signal to the threshold value(s) allows single/multiple signal detection because the average of the frequency sign signals will depend on the signal content on the positive and negative side spectrum content.
Dans un exemple de mode de réalisation, le calculateur de valeur moyenne peut comprendre un filtre passe-bas, par exemple un intégrateur.In an exemplary embodiment, the average value calculator may include a low-pass filter, e.g., an integrator.
Dans un exemple de mode de réalisation, le circuit de comparateur peut comprendre :
- un premier comparateur de tension comprenant une première entrée couplée à la sortie du calculateur de valeur moyenne et une deuxième entrée configurée pour recevoir la valeur seuil haute, et
- un deuxième comparateur de tension comprenant une première entrée couplée à la sortie du calculateur de valeur moyenne et une deuxième entrée configurée pour recevoir la valeur seuil basse, et
- une porte OU exclusif ayant deux entrées couplées aux sorties des premier et deuxième comparateurs de tension.In an exemplary embodiment, the comparator circuit may include:
- a first voltage comparator comprising a first input coupled to the output of the average value calculator and a second input configured to receive the high threshold value, and
- a second voltage comparator comprising a first input coupled to the output of the average value calculator and a second input configured to receive the low threshold value, and
- an exclusive OR gate having two inputs coupled to the outputs of the first and second voltage comparators.
Les différentes variantes décrites précédemment pour le premier mode de réalisation peuvent s’appliquer aux deuxième et/ou troisième modes de réalisation.The different variants described above for the first embodiment can be applied to the second and/or third embodiments.
Le dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal peut en outre comprendre un élément de réception comprenant un amplificateur de bruit faible et/ou un filtre passe-bande RF, une entrée de l’élément de réception étant configurée pour recevoir le signal RF, et une sortie de l’élément de réception étant couplée à l’entrée du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q. Le filtre passe-bande RF permet d’améliorer l’immunité vis-à-vis des interférences et des signaux indésirables se situant en dehors de la bande d’intérêt. L’amplificateur de bruit faible améliore les performances de bruit du dispositif, et ainsi améliore la sensibilité du dispositif. Le dispositif peut également comprendre une antenne destinée à recevoir le signal RF, une entrée de l’élément de réception (ou l’entrée du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q si le dispositif ne comprend pas l’élément de réception) étant couplée à l’antenne.The RF spectrum monitoring and signal detection device may further include a receiving element including a low noise amplifier and/or an RF bandpass filter, an input of the receiving element configured to receive the RF signal, and an output of the receiving element coupled to the input of the I/Q baseband downconverter circuit. The RF bandpass filter provides improved immunity to interference and unwanted signals outside the band of interest. The low noise amplifier improves the noise performance of the device, and thereby improves the sensitivity of the device. The device may also include an antenna for receiving the RF signal, an input of the receiving element (or the input of the I/Q baseband downconverter circuit if the device does not include the receiving element) coupled to the antenna.
Le dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal peut être configuré pour détecter au moins un signal appartenant à une bande ISM de 2,4 GHz.The RF spectrum monitoring and signal detection device may be configured to detect at least one signal belonging to a 2.4 GHz ISM band.
Le dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal peut en outre comprendre :
- un premier circuit de détection d’énergie comprenant une entrée couplée à la première sortie du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q ;
- un premier circuit de détection de franchissement de seuil comprenant une entrée couplée à une sortie du premier circuit de détection d’énergie ;
- un deuxième circuit de détection d’énergie comprenant une entrée couplée à la deuxième sortie du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q ;
- un deuxième circuit de détection de franchissement de seuil comprenant une entrée couplée à une sortie du deuxième circuit de détection d’énergie.The RF spectrum monitoring and signal detection device may further comprise:
- a first energy detection circuit comprising an input coupled to the first output of the I/Q baseband downconverter circuit;
- a first threshold crossing detection circuit comprising an input coupled to an output of the first energy detection circuit;
- a second energy detection circuit comprising an input coupled to the second output of the I/Q baseband downconverter circuit;
- a second threshold crossing detection circuit comprising an input coupled to an output of the second energy detection circuit.
Dans ce cas, le dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal peut en outre comprendre :
- plusieurs premiers filtres passe-bande complexes de bande de base ayant chacun des entrées couplées aux première et deuxième sorties du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q et une sortie couplée à une entrée de l’un parmi plusieurs premiers circuits de détection de signe d’amplitude ;
- plusieurs deuxièmes filtres passe-bande complexes de bande de base ayant chacun des entrées couplées aux première et deuxième sorties du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q et une sortie couplée à une entrée de l’un parmi plusieurs deuxièmes circuits de détection de signe d’amplitude ;
- plusieurs premiers circuits de détection d’énergie comprenant chacun une entrée couplée à la sortie de l’un des premiers filtres passe-bande de bande de base ;
- plusieurs premiers circuits de détection de franchissement de seuil comprenant chacun une entrée couplée à une sortie de l’un des premiers circuits de détection d’énergie ;
- plusieurs deuxièmes circuits de détection d’énergie comprenant chacun une entrée couplée à la sortie de l’un des deuxièmes filtres passe-bande de bande de base ;
- plusieurs deuxièmes circuits de détection de franchissement de seuil comprenant chacun une entrée couplée à une sortie de l’un des deuxièmes circuits de détection d’énergie.In this case, the RF spectrum monitoring and signal detection device may further comprise:
- a plurality of first baseband complex bandpass filters each having inputs coupled to the first and second outputs of the I/Q baseband downconverter circuit and an output coupled to an input of one of a plurality of first amplitude sign detection circuits;
- a plurality of second baseband complex bandpass filters each having inputs coupled to the first and second outputs of the I/Q baseband downconverter circuit and an output coupled to an input of one of a plurality of second amplitude sign detection circuits;
- several first energy detection circuits each comprising an input coupled to the output of one of the first baseband bandpass filters;
- several first threshold crossing detection circuits each comprising an input coupled to an output of one of the first energy detection circuits;
- several second energy detection circuits each comprising an input coupled to the output of one of the second baseband bandpass filters;
- several second threshold crossing detection circuits each comprising an input coupled to an output of one of the second energy detection circuits.
L’invention propose également un procédé de surveillance de spectre RF et de détection de signal, comprenant :
- la réception d’un signal RF ;
- l’abaissement de fréquence en bande de base I/Q du signal RF en une composante abaissée en fréquence en bande de base en phase et une composante abaissée en fréquence en bande de base en quadrature ;
- la génération d’un premier signal de signe d’amplitude dont la valeur d’amplitude dépend du signe de l’amplitude de la composante abaissée en fréquence en bande de base en phase, et d’un deuxième signal de signe d’amplitude dont la valeur d’amplitude dépend du signe de l’amplitude de la composante abaissée en fréquence en bande de base en quadrature ;
- la génération d’un signal de signe de fréquence dont la valeur d’amplitude, ou la présence ou l’absence d’oscillations dans le signal de signe de fréquence, dépend du signe de la différence de phase entre les premier et deuxième signaux de signe d’amplitude, et est ainsi représentative du signe de fréquence d’un signal RF abaissé en fréquence en bande de base comprenant la composante abaissée en fréquence en bande de base en phase du signal RF et la composante abaissée en fréquence en bande de base en quadrature du signal RF.The invention also provides a method for RF spectrum monitoring and signal detection, comprising:
- reception of an RF signal;
- down-converting the I/Q baseband frequency of the RF signal into an in-phase down-converted baseband component and a quadrature down-converted baseband component;
- generating a first amplitude sign signal whose amplitude value depends on the sign of the amplitude of the in-phase baseband down-converted component, and a second amplitude sign signal whose amplitude value depends on the sign of the amplitude of the quadrature baseband down-converted component;
- generating a frequency sign signal whose amplitude value, or the presence or absence of oscillations in the frequency sign signal, depends on the sign of the phase difference between the first and second amplitude sign signals, and is thus representative of the frequency sign of a baseband downconverted RF signal comprising the in-phase baseband downconverted component of the RF signal and the quadrature baseband downconverted component of the RF signal.
Tout au long du texte de cette demande, le terme « couplé » peut désigner soit une connexion directe entre deux éléments, sans élément intermédiaire entre eux, soit une connexion indirecte entre ces deux éléments, à savoir une connexion formée à travers au moins un élément intermédiaire.Throughout the text of this application, the term "coupled" can designate either a direct connection between two elements, without an intermediate element between them, or an indirect connection between these two elements, namely a connection formed through at least one intermediate element.
La présente invention sera mieux comprise après lecture de la description de modes de réalisation donnés à titre d’exemple donnés simplement à titre informatif et aucunement limitatif en référence aux dessins joints dans lesquels :
la
la
la
la
la
la
la
la
la
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la
la
la
la
there
there
there
there
there
there
there
there
there
there
there
there
there
there
Les parties identiques, similaires ou équivalentes des diverses figures décrites ci-dessous portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d’une figure à l’autre.Identical, similar or equivalent parts of the various figures described below bear the same numerical references so as to facilitate the passage from one figure to another.
Les différentes parties montrées sur les figures ne sont pas nécessairement montrées à une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.The various parts shown in the figures are not necessarily shown to a uniform scale, to make the figures more readable.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent s’entendre comme non mutuellement exclusives et peuvent être combinées les unes avec les autres.The different possibilities (variants and embodiments) must be understood as not mutually exclusive and can be combined with each other.
DesOf the cription détaillée des modes de réalisation particuliersdetailed description of the particular embodiments
Un dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal 100 selon un premier mode de réalisation est décrit ci-dessous en lien avec la
Le dispositif 100 comprend un circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q 102. Le circuit 102 comprend une entrée 104 sur laquelle un signal RF est appliqué. Par exemple, le dispositif 100 peut être une partie d’un récepteur de signal RF, et l’entrée 104 peut être couplée à une antenne à partir de laquelle le signal RF est reçu, un LNA (amplificateur à faible bruit) amplifiant le signal RF reçu par l’antenne, et un BPF (filtre passe-bande) filtrant le signal RF reçu au niveau de la bande d’intérêt. Ces composantes ne sont pas montrées sur la
L’entrée 104 est divisée en deux de telle manière que le signal RF est appliqué sur une première entrée d’un premier multiplicateur 106, ou premier mélangeur, et sur une première entrée d’un deuxième multiplicateur 108, ou deuxième mélangeur. L’abaissement de fréquence en bande de base du signal RF est obtenu par mélange du signal RF avec un signal LO, par exemple généré à partir d’un oscillateur local (non montré sur la
Les premier et deuxième multiplicateurs 106, 108 et le déphaseur en quadrature 110 peuvent être fabriqués tel que décrit dans le document C. Andrews et A. C. Molnar, “A Passive Mixer-First Receiver With Digitally Controlled and Widely Tunable RF Interface,” dans IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 45, n° 12, pages 2696-2708, Déc. 2010, ou dans le document P. Song et H. Hashemi, “mm-Wave Mixer-First Receiver With Selective Passive Wideband Low-Pass Filtering,” dans IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 56, n° 5, pages 1454-1463, Mai 2021.The first and second multipliers 106, 108 and the quadrature phase shifter 110 may be fabricated as described in C. Andrews and A. C. Molnar, “A Passive Mixer-First Receiver With Digitally Controlled and Widely Tunable RF Interface,” in IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 45, No. 12, pp. 2696-2708, Dec. 2010, or in P. Song and H. Hashemi, “mm-Wave Mixer-First Receiver With Selective Passive Wideband Low-Pass Filtering,” in IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 56, No. 5, pp. 1454-1463, May 2021.
Le circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q 102 comprend une première sortie, correspondant à une sortie du premier multiplicateur 106, sur laquelle une composante abaissée en fréquence en bande de base en phase du signal RF est délivrée, et une deuxième sortie, correspondant à une sortie du deuxième multiplicateur 108, sur laquelle une composante abaissée en fréquence en bande de base en quadrature du signal RF est délivrée.The I/Q baseband downconverter circuit 102 includes a first output, corresponding to an output of the first multiplier 106, to which an in-phase baseband downconverted component of the RF signal is output, and a second output, corresponding to an output of the second multiplier 108, to which a quadrature baseband downconverted component of the RF signal is output.
Le dispositif 100 comprend en outre une première unité de filtrage comportant, dans cet exemple, un premier filtre passe-bas 112 comprenant une entrée couplée à la première sortie du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q 102 et une sortie couplée à l’entrée d’un premier circuit de détection de signe d’amplitude 114. Le dispositif 100 comprend également une deuxième unité de filtrage comportant, dans cet exemple, un deuxième filtre passe-bas 116 comprenant une entrée couplée à la deuxième sortie du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q 102 et une sortie couplée à l’entrée du deuxième circuit de détection de signe d’amplitude 118. Le signal délivré en sortie par le premier filtre passe-bas 112 (à savoir le signal délivré en sortie par la première unité de filtrage) est appelé signalIsur la
Les composantes abaissées en fréquence en bande de base en phase et en quadrature du signal RF délivré en sortie par les premier et deuxième multiplicateurs 106, 108, et ainsi également les signauxIetQ, ont la même fréquence puisque ce sont une partie réelle et imaginaire du même signal.The in-phase and quadrature baseband downconverted components of the RF signal output by the first and second multipliers 106, 108, and thus also the I and Q signals, have the same frequency since they are a real and imaginary part of the same signal.
Le premier circuit de détection de signe d’amplitude 114 est configuré pour délivrer en sortie un premier signal numérique de signe d’amplitude dont la valeur dépend du signe de l’amplitude du signalI. Sur la
Le dispositif 100 comprend en outre un circuit de détection de signe de fréquence 120, comprenant des entrées couplées à des sorties des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude 114, 118, et configuré pour délivrer en sortie un signal de signe de fréquence (appeléFreq . Signsur la
La
Des circuits de détection de signe d’amplitude 114, 118 convertissent des sinusoïdes modulées en ondes carrées qui changent de valeurs à des instants correspondant à des instants de passage par zéro des sinusoïdes. Le circuit de détection de signe de fréquence 120, qui correspond à une bascule D dans l’exemple de mode de réalisation montré sur la
Dans le dispositif 100 montré sur la
Ce principe peut être étendu à l’instant du passage par zéro dans une direction de front descendant. Si l’amplitude du signalIest positive à un instant de passage par zéro du signalQdans la direction de front descendant, cela signifie que la fréquence détectée est négative. Si l’amplitude du signalIest négative à un instant de passage par zéro du signalQdans la direction de front descendant, cela signifie que la fréquence est positive. À titre de variante, le dispositif 100 peut être fabriqué de telle manière qu’il utilise ces propriétés, par exemple en utilisant une bascule D déclenchée par front négatif en tant que circuit de détection de signe de fréquence 120.This principle can be extended to the zero crossing time in a falling edge direction. If the amplitude of the signal I is positive at a zero crossing time of the signal Q in the falling edge direction, this means that the detected frequency is negative. If the amplitude of the signal I is negative at a zero crossing time of the signal Q in the falling edge direction, this means that the frequency is positive. Alternatively, the device 100 can be manufactured in such a way that it uses these properties, for example by using a negative edge triggered D flip-flop as the frequency sign detection circuit 120.
En variante, ce principe peut être étendu et basé sur des instants de passage par zéro de signalI. Par exemple, si l’amplitude du signalQest positive à l’instant de passage par zéro du signalIdans la direction de front montant, cela signifie que la fréquence détectée est négative. Si l’amplitude du signalQest négative à l’instant de passage par zéro du signalIdans la direction de front montant, cela signifie que la fréquence détectée est positive. Si l’amplitude du signalQest positive à l’instant de passage par zéro du signalIdans la direction de front descendant, cela signifie que la fréquence détectée est positive. Si l’amplitude du signalQest négative à l’instant de passage par zéro du signalIdans la direction de front descendant, cela signifie que la fréquence détectée est négative. Dans ces configurations, le signalQ sign est appliqué sur l’entrée de données et le signalI sign est appliqué sur l’entrée d’horloge de la bascule D (qui peut être déclenchée par front positif ou négatif).Alternatively, this principle can be extended and based on zero crossing times of signal I . For example, if the amplitude of signal Q is positive at the zero crossing time of signal I in the rising edge direction, this means that the detected frequency is negative. If the amplitude of signal Q is negative at the zero crossing time of signal I in the rising edge direction, this means that the detected frequency is positive. If the amplitude of signal Q is positive at the zero crossing time of signal I in the falling edge direction, this means that the detected frequency is positive. If the amplitude of signal Q is negative at the zero crossing time of signal I in the falling edge direction, this means that the detected frequency is negative. In these configurations, signal Q sign is applied to the data input and signal I sign is applied to the clock input of the D flip-flop (which can be triggered by positive or negative edge).
Différentes mises en œuvre des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude 114, 118 sont décrites ci-dessous.Various implementations of the first and second amplitude sign detection circuits 114, 118 are described below.
Tel que montré sur la
En variante, tel que montré sur la
En variante, tel que montré sur la
En variante, tel que montré sur la
En variante, tel que montré sur la
Les différentes mises en œuvre précédemment divulguées en lien avec les Figs. 3 à 7 peuvent être combinées de telle manière que l’un des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude 114, 118 est fabriqué conformément à l’une de ces mises en œuvre et que l’autre des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude 114, 118 est fabriqué conformément à une autre de ces mises en œuvre.The various implementations previously disclosed in connection with Figs. 3-7 may be combined such that one of the first and second amplitude sign detection circuits 114, 118 is fabricated in accordance with one of these implementations and the other of the first and second amplitude sign detection circuits 114, 118 is fabricated in accordance with another of these implementations.
Une variante du dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal 100 selon le premier mode de réalisation est décrite ci-dessous en lien avec la
Comparativement au dispositif 100 décrit précédemment en lien avec la
La
Les différentes mises en œuvre des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude 114, 118 décrits précédemment peuvent être appliquées pour le dispositif 100 montré sur la
Un dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal 100 selon un deuxième mode de réalisation est décrit ci-dessous en lien avec la
Comparativement au dispositif 100 selon le premier mode de réalisation, le dispositif 100 selon le deuxième mode de réalisation comprend une première unité de filtrage comportant, dans l’exemple décrit ici, le premier filtre passe-bas 112 et un premier filtre passe-bande complexe de bande de base 140 connectés l’un à l’autre en série. La sortie du premier multiplicateur 106 est couplée à l’entrée du premier filtre passe-bas 112. La sortie du premier filtre passe-bas 112 est couplée à l’entrée du premier filtre passe-bande complexe de bande de base 140. La sortie du premier filtre passe-bande complexe de bande de base 140 est couplée à l’entrée du premier circuit de détection de signe d’amplitude 114.Compared to the device 100 according to the first embodiment, the device 100 according to the second embodiment comprises a first filtering unit comprising, in the example described herein, the first low-pass filter 112 and a first baseband complex bandpass filter 140 connected to each other in series. The output of the first multiplier 106 is coupled to the input of the first low-pass filter 112. The output of the first low-pass filter 112 is coupled to the input of the first baseband complex bandpass filter 140. The output of the first baseband complex bandpass filter 140 is coupled to the input of the first amplitude sign detection circuit 114.
Le dispositif 100 comprend également une deuxième unité de filtrage comportant, dans l’exemple décrit ici, le deuxième filtre passe-bas 116 et un deuxième filtre passe-bande complexe de bande de base 142 connectés l’un à l’autre en série. La sortie du deuxième multiplicateur 108 est couplée à l’entrée du deuxième filtre passe-bas 116. La sortie du deuxième filtre passe-bas 116 est couplée à l’entrée du deuxième filtre passe-bande complexe de bande de base 142. La sortie du deuxième filtre passe-bande complexe de bande de base 142 est couplée à l’entrée du deuxième circuit de détection de signe d’amplitude 118.The device 100 also includes a second filter unit having, in the example described herein, the second low-pass filter 116 and a second baseband complex bandpass filter 142 connected to each other in series. The output of the second multiplier 108 is coupled to the input of the second low-pass filter 116. The output of the second low-pass filter 116 is coupled to the input of the second baseband complex bandpass filter 142. The output of the second baseband complex bandpass filter 142 is coupled to the input of the second amplitude sign detection circuit 118.
Sur la
Le dispositif 100 comprend en outre un compteur 122 dont une entrée est couplée à l’une des sorties des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude 114, 118 (couplée à la sortie du premier circuit de détection de signe d’amplitude 114 dans l’exemple montré sur la
Dans ce deuxième mode de réalisation, le dispositif 100 réalise, outre la fonction de détection de fréquence, une extraction de fréquence moyenne. En effet, un taux de passage par zéro d’un signal unique correspond à la fréquence centrale de ce signal. Un taux de passage par zéro de multiples signaux correspond à la moyenne de fréquences centrales de signal pondérées selon leurs niveaux de puissance. Si un fort signal hors bande se situe du même côté que la bande d’intérêt, ou dans le cas où de multiples signaux existent dans le spectre et la majeure partie de la puissance se situe du même côté du spectre que le filtre, utiliser seulement les éléments caractéristiques de détection d’énergie et de signe de fréquence permet seulement de détecter l’existence d’un signal et l’emplacement de la majeure partie de la puissance du signal existant (du côté positif ou négatif du spectre). Avec l’extraction de fréquence moyenne réalisée dans ce deuxième mode de réalisation, si la fréquence moyenne, appelée favg, n’est pas proche de la fréquence centrale du spectre obtenu au niveau de la sortie des unités de filtrage, à savoir le filtre passe-bas 112 ou 116 dans l’exemple décrit ici, le signal détecté sera identifié correctement comme un brouilleur. Si favgest proche de la fréquence centrale du spectre obtenu au niveau de la sortie des unités de filtrage, le signal détecté sera identifié correctement comme appartenant à la bande d’intérêt.In this second embodiment, the device 100 performs, in addition to the frequency detection function, an average frequency extraction. Indeed, a zero-crossing rate of a single signal corresponds to the center frequency of this signal. A zero-crossing rate of multiple signals corresponds to the average of signal center frequencies weighted according to their power levels. If a strong out-of-band signal is located on the same side as the band of interest, or in the case where multiple signals exist in the spectrum and most of the power is located on the same side of the spectrum as the filter, using only the energy detection and frequency sign characteristic elements only makes it possible to detect the existence of a signal and the location of most of the power of the existing signal (on the positive or negative side of the spectrum). With the average frequency extraction performed in this second embodiment, if the average frequency, called f avg , is not close to the center frequency of the spectrum obtained at the output of the filtering units, namely the low-pass filter 112 or 116 in the example described here, the detected signal will be correctly identified as an interferer. If f avg is close to the center frequency of the spectrum obtained at the output of the filtering units, the detected signal will be correctly identified as belonging to the band of interest.
Les différentes mises en œuvre des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude 114, 118 et du circuit de détection de signe de fréquence 120 décrit précédemment peuvent être appliquées pour le dispositif 100 selon le deuxième mode de réalisation.The different implementations of the first and second amplitude sign detection circuits 114, 118 and the frequency sign detection circuit 120 described above can be applied for the device 100 according to the second embodiment.
Lorsqu’une sinusoïde unique ou un signal modulé unique existe dans le spectre, on s’attend à ce qu’un élément caractéristique de signe de fréquence soit robuste et une constante 0 ou 1 en fonction du signe de la fréquence. Toutefois, lorsque de multiples signaux existent sur un côté opposé du spectre, un élément caractéristique de signe de fréquence fluctuera entre 0 et 1 en fonction des fréquences centrales de signal et des puissances de signal. Par conséquent, l’existence d’un signal unique et multiple peut être distinguée par observation de l’activité sur la sortie de l’élément caractéristique de signe de fréquence. Cette information additionnelle peut être utilisée pour analyser la complexité (encombrement) du spectre.When a single sinusoid or single modulated signal exists in the spectrum, a frequency sign characteristic element is expected to be robust and a constant 0 or 1 depending on the sign of the frequency. However, when multiple signals exist on opposite sides of the spectrum, a frequency sign characteristic element will fluctuate between 0 and 1 depending on the signal center frequencies and signal powers. Therefore, the existence of a single and multiple signals can be distinguished by observing the activity on the output of the frequency sign characteristic element. This additional information can be used to analyze the complexity (clutter) of the spectrum.
Un dispositif de surveillance de spectre RF et de détection de signal 100 selon un troisième mode de réalisation est décrit ci-dessous en lien avec la
Pour faire la distinction entre l’existence d’un signal unique et multiple, le dispositif 100 selon le troisième mode de réalisation comprend en outre :
- un calculateur de valeur moyenne 124 comprenant une entrée couplée à la sortie du circuit de détection de signe de fréquence 120, et configuré pour délivrer en sortie un signal analogique dont la valeur correspond à la moyenne du signal de signe de fréquenceFreq . Sign;
- un circuit de comparateur 126 configuré pour comparer le signal délivré en sortie par le comparateur de valeur moyenne 124 à une valeur seuil haute et/ou une valeur seuil basse ;To distinguish between the existence of a single and multiple signals, the device 100 according to the third embodiment further comprises:
- an average value calculator 124 comprising an input coupled to the output of the frequency sign detection circuit 120, and configured to output an analog signal whose value corresponds to the average of the frequency sign signal Freq . Sign ;
- a comparator circuit 126 configured to compare the signal output by the average value comparator 124 to a high threshold value and/or a low threshold value;
Dans ce troisième mode de réalisation, la moyenne du signal de signe de fréquenceFreq . Signdépendra du contenu du signal sur le contenu du spectre côté positif et négatif. L’existence d’un signal unique et multiple est alors détectée par comparaison de cette valeur moyenne aux valeurs seuils hautes et/ou basses déterminées. Ainsi le dispositif 100 selon le troisième mode de réalisation peut être utilisé pour identifier l’existence d’un signal multiple et peut être configuré dans un mode de traitement plus puissant pour résoudre les détections erronées en cas d’existence de signal multiple.In this third embodiment, the average of the signal of frequency sign Freq . Sign will depend on the content of the signal on the content of the spectrum on the positive and negative side. The existence of a single and multiple signal is then detected by comparing this average value to the determined high and/or low threshold values. Thus the device 100 according to the third embodiment can be used to identify the existence of a multiple signal and can be configured in a more powerful processing mode to resolve erroneous detections in the event of the existence of a multiple signal.
La
- un premier comparateur de tension 128 comprenant une première entrée (entrée inverseuse sur la
- un deuxième comparateur de tension 130 comprenant une première entrée (entrée non inverseuse sur la
- une porte OU exclusif 132 ayant deux entrées couplées aux sorties des premier et deuxième comparateurs de tension 128, 130.There
- a first voltage comparator 128 comprising a first input (inverting input on the
- a second voltage comparator 130 comprising a first input (non-inverting input on the
- an exclusive OR gate 132 having two inputs coupled to the outputs of the first and second voltage comparators 128, 130.
Dans cette configuration, l’intégrateur calcule la moyenne du signal de signe de fréquenceFreq . Sign, appeléeavg ( f.sign )sur la
Les différentes mises en œuvre des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude 114, 118 et du circuit de détection de signe de fréquence 120 décrit précédemment peuvent être appliquées pour le dispositif 100 selon le troisième mode de réalisation. De plus, le dispositif 100 selon le troisième mode de réalisation peut comprendre le compteur 122 tel que divulgué précédemment dans le deuxième mode de réalisation.The different implementations of the first and second amplitude sign detection circuits 114, 118 and the frequency sign detection circuit 120 described above can be applied for the device 100 according to the third embodiment. In addition, the device 100 according to the third embodiment can comprise the counter 122 as previously disclosed in the second embodiment.
La
Un premier élément optionnel additionnel du dispositif 100 est une antenne 134 à travers laquelle le signal RF est reçu.A first additional optional element of the device 100 is an antenna 134 through which the RF signal is received.
Le dispositif 100 comprend également un filtre passe-bande RF 136 dont une entrée est couplée à l’antenne 134. Le filtre 136 filtre le signal RF reçu au niveau de la bande d’intérêt.The device 100 also includes an RF bandpass filter 136 having an input coupled to the antenna 134. The filter 136 filters the received RF signal at the band of interest.
Un autre élément optionnel du dispositif 100 est un LNA (amplificateur de bruit faible) 138 ayant une entrée couplée à une sortie du filtre 136 et une sortie couplée aux premières entrées des premier et deuxième multiplicateurs 106, 108.Another optional element of the device 100 is a LNA (low noise amplifier) 138 having an input coupled to an output of the filter 136 and an output coupled to the first inputs of the first and second multipliers 106, 108.
Dans la configuration montrée sur la
Dans une variante, le dispositif 100 peut comprendre le filtre passe-bande RF 136 sans le LNA 138 (à savoir avec la sortie du filtre 136 directement couplée aux premières entrées des premier et deuxième multiplicateurs 106, 108). Dans une autre variante, le dispositif 100 peut comprendre le LNA 138 sans le filtre passe-bande RF 136 (à savoir avec l’entrée du LNA 138 directement couplée à l’antenne 134). Dans une autre variante, le dispositif 100 peut comprendre le LNA 138 ayant son entrée couplée à l’antenne 134 et sa sortie couplée à l’entrée du filtre passe-bande RF 136. Dans une autre variante, le dispositif 100 peut ne comprendre ni le filtre passe-bande RF 136 ni le LNA 138 (l’antenne 134 étant directement couplée aux premières entrées des premier et deuxième multiplicateurs 106, 108).In one variation, the device 100 may include the RF bandpass filter 136 without the LNA 138 (i.e., with the output of the filter 136 directly coupled to the first inputs of the first and second multipliers 106, 108). In another variation, the device 100 may include the LNA 138 without the RF bandpass filter 136 (i.e., with the input of the LNA 138 directly coupled to the antenna 134). In another variation, the device 100 may include the LNA 138 having its input coupled to the antenna 134 and its output coupled to the input of the RF bandpass filter 136. In another variation, the device 100 may include neither the RF bandpass filter 136 nor the LNA 138 (with the antenna 134 being directly coupled to the first inputs of the first and second multipliers 106, 108).
Le dispositif 100 montré sur la
La
Tel que divulgué précédemment, le dispositif 100 comprend les éléments 134, 136, 138, 106, 108, 110, 112 et 118. Toutefois, dans des variantes de modes de réalisation, le dispositif 100 peut comprendre seulement une partie des éléments.
Les signaux obtenus au niveau des sorties des filtres passe-bas 112, 116 sont appliqués sur les entrées d’un premier bloc 200 qui comprend au moins les circuits 114, 118 et 120 correspondant à ceux décrits précédemment pour les autres modes de réalisation. Dans l’exemple montré sur la
The signals obtained at the outputs of the low-pass filters 112, 116 are applied to the inputs of a first block 200 which comprises at least the circuits 114, 118 and 120 corresponding to those described previously for the other embodiments. In the example shown in the
Outre la détection du signe de fréquence du signal complexe et la détermination de la fréquence moyenne du signal RF abaissé en fréquence en bande de base réalisée par le bloc 200 (et également l’identification de l’existence d’un signal multiple si le premier bloc 200 comprend les circuits 124, 126), le dispositif 100 comprend un bloc 202 réalisant une détection d’énergie dans la bande abaissée en fréquence, et ainsi dans la bande RF.In addition to detecting the frequency sign of the complex signal and determining the average frequency of the down-converted RF signal in baseband performed by block 200 (and also identifying the existence of a multiple signal if first block 200 includes circuits 124, 126), device 100 includes block 202 performing energy detection in the down-converted band, and thus in the RF band.
Pour réaliser cette détection d’énergie, le bloc 202 comprend un premier circuit de détection d’énergie 204. Ce premier circuit 204 est non linéaire. Dans l’exemple de la
Le premier circuit 204 comprend également, dans l’exemple de la
Cette détection d’énergie peut être répétée jusqu’à ce qu’une énergie non nulle soit détectée dans la bande de fréquence RF, ce qui signifie qu’au moins un signal est présent dans la bande de fréquence RF dans laquelle la détection est réalisée. En l’absence de détection d’énergie, le taux avec lequel le premier circuit 204 réalise la détection d’énergie et/ou la durée pendant laquelle chaque détection d’énergie est réalisée par le premier circuit 204 peut être ajusté(e) selon les caractéristiques d’un ou plusieurs signaux recherchés et/ou un taux d’occupation de la bande de fréquence RF.This energy detection may be repeated until non-zero energy is detected in the RF frequency band, meaning that at least one signal is present in the RF frequency band in which the detection is performed. In the absence of energy detection, the rate at which the first circuit 204 performs the energy detection and/or the duration during which each energy detection is performed by the first circuit 204 may be adjusted according to the characteristics of one or more signals sought and/or an occupancy rate of the RF frequency band.
Entre deux détections d’énergie consécutives, le dispositif 100 peut être placé dans un état de fonctionnement réduit, ou en attente, dans lequel certains circuits du dispositif 100 ne sont pas alimentés, ce qui permet de réduire la consommation électrique du dispositif 100.Between two consecutive energy detections, the device 100 can be placed in a reduced operating state, or standby, in which certain circuits of the device 100 are not powered, which makes it possible to reduce the power consumption of the device 100.
La fréquence du signal représentant l’énergie du signal RF est également déterminée. Pour ceci, le signal obtenu au niveau de la sortie du premier circuit 204 est appliqué sur l’entrée d’un premier filtre passe-haut 210 qui permet de supprimer la composante CC du (des) signal (signaux) présent(s) dans la bande de fréquence. Le signal obtenu au niveau de la sortie du premier filtre passe-haut 210 est appliqué à l’entrée d’un circuit de détection de franchissement de seuil 212. Ce circuit 212 compte, pendant une période donnée, le nombre de fois que le signal d’entrée franchit une valeur seuil qui correspond par exemple à 0 (avec dans ce cas le circuit 212 qui correspond à un détecteur ZCR (« passage par zéro »)). La valeur obtenue au niveau de la sortie de circuit 212 permettra de déterminer la fréquence moyenne de l’énergie du signal reçu.The frequency of the signal representing the energy of the RF signal is also determined. For this, the signal obtained at the output of the first circuit 204 is applied to the input of a first high-pass filter 210 which makes it possible to eliminate the DC component of the signal(s) present in the frequency band. The signal obtained at the output of the first high-pass filter 210 is applied to the input of a threshold crossing detection circuit 212. This circuit 212 counts, during a given period, the number of times that the input signal crosses a threshold value which corresponds for example to 0 (with in this case the circuit 212 which corresponds to a ZCR detector (“zero crossing”)). The value obtained at the output of circuit 212 will make it possible to determine the average frequency of the energy of the signal received.
Lorsqu’un ou plusieurs signaux sont détectés dans la bande de fréquence, les étapes de détection d’énergie peuvent être répétées de façon à définir l’évolution de l’énergie du (des) signal (signaux) RF détecté(s) en fonction du temps.When one or more signals are detected in the frequency band, the energy detection steps can be repeated so as to define the evolution of the energy of the detected RF signal(s) as a function of time.
Dans le mode de réalisation donné à titre d’exemple montré sur la
- un circuit 214 déterminant, à partir du signal obtenu au niveau de la sortie du premier circuit 204, le temps d’établissement du (des) signal (signaux) détecté(s). À titre d’exemple, pour mesurer le temps de réglage, le circuit 214 peut réaliser une comparaison entre deux différentes intégrations de l’énergie détectée obtenue en utilisant différentes fréquences de coupure dans le filtre passe-bas 208 du circuit de détection d’énergie 204. Le temps de réglage est alors déterminé par détection du passage des deux fonctions obtenues, ou par échantillonnage de plusieurs valeursobtenues au niveau de la sortie des deux intégrations ;
- un détecteur de valeur de crête 216 recevant en tant qu’entrée les signaux délivrés en sortie par le premier filtre passe-haut 210. Ce détecteur de crête 216 comprend par exemple un circuit intégrateur ;
- un circuit 218 déterminant, à partir d’un signal délivré en sortie par le détecteur 216, l’amplitude maximale du (des) signal (signaux) ;
- un circuit 220 déterminant, à partir d’un signal délivré en sortie par le circuit 218, la bande passante du (des) signal (signaux).In the exemplary embodiment shown in the
- a circuit 214 determining, from the signal obtained at the output of the first circuit 204, the establishment time of the detected signal(s). For example, to measure the adjustment time, the circuit 214 can perform a comparison between two different integrations of the detected energy obtained by using different cut-off frequencies in the low-pass filter 208 of the energy detection circuit 204. The adjustment time is then determined by detecting the passage of the two functions obtained, or by sampling several values obtained at the output of the two integrations;
- a peak value detector 216 receiving as input the signals delivered as output by the first high-pass filter 210. This peak detector 216 comprises for example an integrator circuit;
- a circuit 218 determining, from a signal delivered at the output by the detector 216, the maximum amplitude of the signal(s);
- a circuit 220 determining, from a signal delivered at the output by the circuit 218, the bandwidth of the signal(s).
D’autres éléments caractéristiques du (des) signal (signaux) détecté(s) peuvent être déterminés, comme par exemple la pente initiale de l’énergie et/ou la valeur après établissement de l’énergie et/ou l’écart-type après établissement de ce ou ces signaux.Other characteristic elements of the detected signal(s) can be determined, such as the initial slope of the energy and/or the value after establishment of the energy and/or the standard deviation after establishment of this or these signals.
Les différents éléments caractéristiques déterminés par le bloc 202 sont obtenus à partir du signalBB I . Le dispositif 100 comprend également un deuxième bloc 222 comprenant des circuits similaires à ceux du bloc 202, mais recevant en tant qu’entrée le signalBB Q . Les opérations décrites précédemment réalisées par le bloc 202 sont ainsi également réalisées par le bloc 222 sur le signalBB Q .The various characteristic elements determined by block 202 are obtained from signal BB I . Device 100 also comprises a second block 222 comprising circuits similar to those of block 202, but receiving signal BB Q as input. The operations described above performed by block 202 are thus also performed by block 222 on signal BB Q .
Dans le dispositif 100 décrit en lien avec la
Ainsi le dispositif 100 comprend un ou plusieurs premiers filtres passe-bande complexes de bande de base 1401-140Net un ou plusieurs deuxièmes filtres passe-bande complexes de bande de base 1421-142Nrecevant en tant qu’entrées les signaux BBIet BBQ, chaque chaîne de détection comprenant l’un de ces premiers filtres passe-bande complexes de bande de base 1401-140Net l’un de ces deuxièmes filtres passe-bande complexes de bande de base 1421-142N. La sortie de chacun des filtres 1401-140Net des filtres 1421-142Nest couplée à l’entrée d’un bloc 2001-200N, par exemple identique au bloc 200 décrit précédemment. La sortie de chacun des premiers filtres 1401-140Nest également couplée à l’entrée d’un bloc 2021-202N, par exemple identique au bloc 202 décrit précédemment, et la sortie de chacun des deuxièmes filtres 1421-142Nest également couplée à l’entrée d’un bloc 2221-222N, par exemple identique au bloc 222 décrit précédemment.Thus, the device 100 comprises one or more first baseband complex bandpass filters 140 1 -140 N and one or more second baseband complex bandpass filters 142 1 -142 N receiving as inputs the signals BB I and BB Q , each detection chain comprising one of these first baseband complex bandpass filters 140 1 -140 N and one of these second baseband complex bandpass filters 142 1 -142 N . The output of each of the filters 140 1 -140 N and the filters 142 1 -142 N is coupled to the input of a block 200 1 -200 N , for example identical to the block 200 described above. The output of each of the first filters 140 1 -140 N is also coupled to the input of a block 202 1 -202 N , for example identical to the block 202 described previously, and the output of each of the second filters 142 1 -142 N is also coupled to the input of a block 222 1 -222 N , for example identical to the block 222 described previously.
Ainsi chaque chaîne de détection comprenant l’un des premiers filtres passe-bande complexes de bande de base 1401-140Net l’un des deuxièmes filtres passe-bande complexes de bande de base 1421-142Npermet de déterminer les éléments caractéristiques du signal tel qu’expliqué précédemment pour les blocs 200, 202, 222, mais pour les différentes sous-bandes définies par les filtres 1401-140Net 1421-142N.Thus, each detection chain comprising one of the first complex baseband bandpass filters 140 1 -140 N and one of the second complex baseband bandpass filters 142 1 -142 N makes it possible to determine the characteristic elements of the signal as explained previously for the blocks 200, 202, 222, but for the different sub-bands defined by the filters 140 1 -140 N and 142 1 -142 N.
D’autres éléments caractéristiques du (des) signal (signaux) RF présent(s) dans les sous-bandes RF peuvent être déterminés, tels que la pente initiale de l’énergie et/ou la valeur après établissement de l’énergie et/ou l’écart-type après établissement de ce ou ces signaux.Other characteristic elements of the RF signal(s) present in the RF sub-bands can be determined, such as the initial slope of the energy and/or the value after establishment of the energy and/or the standard deviation after establishment of this or these signals.
En fonction des informations obtenues avec les éléments décrits précédemment du dispositif 100 et des informations recherchées, plusieurs étapes additionnelles peuvent être mises en œuvre par le dispositif 100, correspondant à plusieurs modes de fonctionnement du dispositif 100, afin de compléter ces étapes précédentes et d’affiner la détection et l’identification des signaux présents dans le spectre RF.Depending on the information obtained with the previously described elements of the device 100 and the information sought, several additional steps can be implemented by the device 100, corresponding to several operating modes of the device 100, in order to complete these previous steps and refine the detection and identification of the signals present in the RF spectrum.
Dans un premier mode de fonctionnement, si l’information obtenue précédemment est suffisante, il est possible de réaliser une classification et/ou un comptage des signaux identifiés précédemment. La classification est réalisée à partir des éléments caractéristiques des signaux qui ont été déterminés. La classification qui est réalisée peut correspondre par exemple à une classification des signaux détectés selon leur type (WiFi, Bluetooth, Micro-ondes, etc.), leur norme (802.11b, 802.11 g, etc.), leur bande passante, leur vitesse, etc. Pour pouvoir obtenir une classification des signaux, le dispositif 100 peut mettre en œuvre des algorithmes déterministes ou un traitement de données du type intelligence artificielle tel qu’un apprentissage automatique.In a first operating mode, if the information obtained previously is sufficient, it is possible to perform a classification and/or a count of the signals identified previously. The classification is performed from the characteristic elements of the signals that have been determined. The classification that is performed may correspond for example to a classification of the signals detected according to their type (WiFi, Bluetooth, Microwaves, etc.), their standard (802.11b, 802.11g, etc.), their bandwidth, their speed, etc. In order to be able to obtain a classification of the signals, the device 100 can implement deterministic algorithms or data processing of the artificial intelligence type such as machine learning.
Dans un deuxième mode de fonctionnement, les étapes mises en œuvre précédemment peuvent être répétées dans une ou plusieurs autres sous-bandes du spectre RF comprenant un ou plusieurs signaux souhaités.In a second mode of operation, the steps implemented previously may be repeated in one or more other sub-bands of the RF spectrum comprising one or more desired signals.
Dans un troisième mode, il est possible de répéter les étapes mises en œuvre précédemment en masquant un ou plusieurs signaux indésirables dans le spectre, lorsque de tels signaux indésirables ont été identifiés précédemment. Pour ceci, il est possible de choisir les instants de mise en œuvre des étapes d’identification de fréquence de façon à éviter la présence de ce ou ces signaux indésirables dans le spectre analysé et/ou à annuler ce ou ces signaux précédemment identifiés dans le spectre analysé (par l’intermédiaire d’une soustraction de ce ou ces signaux). Ceci est similaire à une augmentation de la dynamique de traitement de la chaîne de réception par séparation des signaux grâce aux premiers et deuxièmes filtres passe-bande complexes de bande de base 1401-140N, 1421-142N, en tirant avantage de l’analyse du signal ou des signaux les plus forts dans un filtre dédié et en annulant ce ou ces signaux à travers une boucle de rétroaction.In a third mode, it is possible to repeat the steps previously implemented by masking one or more unwanted signals in the spectrum, when such unwanted signals have been previously identified. For this, it is possible to choose the instants of implementation of the frequency identification steps so as to avoid the presence of this or these unwanted signals in the analyzed spectrum and/or to cancel this or these previously identified signals in the analyzed spectrum (by means of a subtraction of this or these signals). This is similar to an increase in the processing dynamics of the reception chain by separation of the signals thanks to the first and second complex baseband bandpass filters 140 1 -140 N , 142 1 -142 N , by taking advantage of the analysis of the strongest signal or signals in a dedicated filter and by canceling this or these signals through a feedback loop.
Le pilotage des circuits du dispositif 100, à savoir l’envoi de signaux dans les divers circuits du dispositif 100 et le réglage des paramètres de ces circuits, peuvent être réalisés par un circuit de commande.The control of the circuits of the device 100, namely the sending of signals in the various circuits of the device 100 and the adjustment of the parameters of these circuits, can be carried out by a control circuit.
Les divers circuits du dispositif 100 peuvent être mis en œuvre sous la forme d’une puce de semi-conducteur.The various circuits of the device 100 may be implemented in the form of a semiconductor chip.
En variante à la configuration montrée sur la
Dans tous les modes de réalisation décrits précédemment, il est possible que les filtres passe-bas 112, 116 correspondent à des filtres passe-bas complexes ou réels.In all of the embodiments described above, it is possible that the low-pass filters 112, 116 correspond to complex or real low-pass filters.
Claims (14)
- un circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q (102), comprenant une entrée (104) configurée pour recevoir un signal RF, une première sortie configurée pour délivrer une composante abaissée en fréquence en bande de base en phase du signal RF, et une deuxième sortie configurée pour délivrer une composante abaissée en fréquence en bande de base en quadrature du signal RF ;
- un premier circuit de détection de signe d’amplitude (114) comprenant une entrée couplée à la première sortie du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q (102), et configuré pour délivrer en sortie un premier signal de signe d’amplitude dont la valeur d’amplitude dépend du signe de l’amplitude de la composante abaissée en fréquence en bande de base en phase ;
- un deuxième circuit de détection de signe d’amplitude (118) comprenant une entrée couplée à la deuxième sortie du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q (102), et configuré pour délivrer en sortie un deuxième signal de signe d’amplitude dont la valeur d’amplitude dépend du signe de l’amplitude de la composante abaissée en fréquence en bande de base en quadrature ;
- un circuit de détection de signe de fréquence (120), comprenant des entrées couplées à des sorties des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude (114, 118), et configuré pour délivrer en sortie un signal de signe de fréquence dont la valeur d’amplitude, ou une présence ou une absence d’oscillations dans le signal de signe de fréquence, dépend du signe de la différence de phase entre les premier et deuxième signaux de signe d’amplitude, et est représentative du signe de fréquence d’un signal RF abaissé en fréquence en bande de base comprenant la composante abaissée en fréquence en bande de base en phase du signal RF et la composante abaissée en fréquence en bande de base en quadrature du signal RF.RF spectrum monitoring and signal detection device (100), comprising:
- an I/Q baseband downconverter circuit (102), comprising an input (104) configured to receive an RF signal, a first output configured to output an in-phase baseband downconverted component of the RF signal, and a second output configured to output a quadrature baseband downconverted component of the RF signal;
- a first amplitude sign detection circuit (114) comprising an input coupled to the first output of the I/Q baseband downconverter circuit (102), and configured to output a first amplitude sign signal whose amplitude value depends on the sign of the amplitude of the in-phase baseband downconverted component;
- a second amplitude sign detection circuit (118) comprising an input coupled to the second output of the I/Q baseband downconverter circuit (102), and configured to output a second amplitude sign signal whose amplitude value depends on the sign of the amplitude of the quadrature baseband downconverted component;
- a frequency sign detection circuit (120), comprising inputs coupled to outputs of the first and second amplitude sign detection circuits (114, 118), and configured to output a frequency sign signal whose amplitude value, or a presence or absence of oscillations in the frequency sign signal, depends on the sign of the phase difference between the first and second amplitude sign signals, and is representative of the frequency sign of a baseband downconverted RF signal comprising the in-phase baseband downconverted component of the RF signal and the quadrature baseband downconverted component of the RF signal.
- une bascule T, une entrée de données de la bascule T étant couplée à l’une des sorties des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude (114, 118), une entrée d’horloge de la bascule T étant couplée à l’autre des sorties des premier et deuxième circuits de détection de signe d’amplitude (114, 118), et
- un détecteur d’oscillation comprenant une entrée couplée à la sortie de la bascule T et configuré pour délivrer en sortie un signal dont la valeur dépend de l’oscillation ou non du signal délivré en sortie par la bascule T.The RF spectrum monitoring and signal detection device (100) of claim 1, wherein the frequency sign detection circuit (120) comprises:
- a T flip-flop, a data input of the T flip-flop being coupled to one of the outputs of the first and second amplitude sign detection circuits (114, 118), a clock input of the T flip-flop being coupled to the other of the outputs of the first and second amplitude sign detection circuits (114, 118), and
- an oscillation detector comprising an input coupled to the output of the T flip-flop and configured to output a signal whose value depends on whether or not the signal output by the T flip-flop oscillates.
- un calculateur de valeur moyenne (124) comprenant une entrée couplée à la sortie du circuit de détection de signe de fréquence (120), et configuré pour délivrer en sortie un signal dont la valeur correspond à la moyenne du signal de signe de fréquence, et
- un circuit de comparateur (126) configuré pour comparer le signal délivré en sortie par le comparateur de valeur moyenne (124) à une valeur seuil haute et/ou une valeur seuil basse.The RF spectrum monitoring and signal detection device (100) of one of claims 1 to 6, further comprising:
- an average value calculator (124) comprising an input coupled to the output of the frequency sign detection circuit (120), and configured to output a signal whose value corresponds to the average of the frequency sign signal, and
- a comparator circuit (126) configured to compare the signal output by the average value comparator (124) to a high threshold value and/or a low threshold value.
- un premier comparateur de tension (128) comprenant une première entrée couplée à la sortie du calculateur de valeur moyenne (124) et une deuxième entrée configurée pour recevoir la valeur seuil haute, et
- un deuxième comparateur de tension (130) comprenant une première entrée couplée à la sortie du calculateur de valeur moyenne (124) et une deuxième entrée configurée pour recevoir la valeur seuil basse, et
- une porte OU exclusif (132) ayant deux entrées couplées aux sorties des premier et deuxième comparateurs de tension (128, 130).An RF spectrum monitoring and signal detection device (100) according to one of claims 7 and 8, wherein the comparator circuit (126) comprises:
- a first voltage comparator (128) comprising a first input coupled to the output of the average value calculator (124) and a second input configured to receive the high threshold value, and
- a second voltage comparator (130) comprising a first input coupled to the output of the average value calculator (124) and a second input configured to receive the low threshold value, and
- an exclusive OR gate (132) having two inputs coupled to the outputs of the first and second voltage comparators (128, 130).
- un premier circuit de détection d’énergie (204) comprenant une entrée couplée à la première sortie du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q (102) ;
- un premier circuit de détection de franchissement de seuil (214) comprenant une entrée couplée à une sortie du premier circuit de détection d’énergie (204) ;
- un deuxième circuit de détection d’énergie comprenant une entrée couplée à la deuxième sortie du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q (102) ;
- un deuxième circuit de détection de franchissement de seuil comprenant une entrée couplée à une sortie du deuxième circuit de détection d’énergie.An RF spectrum monitoring and signal detection device (100) according to one of the preceding claims, further comprising:
- a first energy detection circuit (204) comprising an input coupled to the first output of the I/Q baseband downconverter circuit (102);
- a first threshold crossing detection circuit (214) comprising an input coupled to an output of the first energy detection circuit (204);
- a second energy detection circuit comprising an input coupled to the second output of the I/Q baseband downconverter circuit (102);
- a second threshold crossing detection circuit comprising an input coupled to an output of the second energy detection circuit.
- plusieurs premiers filtres passe-bande complexes de bande de base (1401-140N) ayant chacun des entrées couplées aux première et deuxième sorties du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q (102) et une sortie couplée à une entrée de l’un parmi plusieurs premiers circuits de détection de signe d’amplitude (114) ;
- plusieurs deuxièmes filtres passe-bande complexes de bande de base (1421-142N) ayant chacun des entrées couplées aux première et deuxième sorties du circuit abaisseur de fréquence en bande de base I/Q (102) et une sortie couplée à une entrée de l’un parmi plusieurs deuxièmes circuits de détection de signe d’amplitude (118) ;
- plusieurs premiers circuits de détection d’énergie (204) comprenant chacun une entrée couplée à la sortie de l’un des premiers filtres passe-bande de bande de base (1401-140N) ;
- plusieurs premiers circuits de détection de franchissement de seuil (214) comprenant chacun une entrée couplée à une sortie de l’un des premiers circuits de détection d’énergie (204) ;
- plusieurs deuxièmes circuits de détection d’énergie comprenant chacun une entrée couplée à la sortie de l’un des deuxièmes filtres passe-bande de bande de base (1421-142N) ;
- plusieurs deuxièmes circuits de détection de franchissement de seuil comprenant chacun une entrée couplée à une sortie de l’un des deuxièmes circuits de détection d’énergie.An RF spectrum monitoring and signal detection device (100) according to claim 12, comprising:
- a plurality of first baseband complex bandpass filters (140 1 -140 N ) each having inputs coupled to the first and second outputs of the I/Q baseband downconverter circuit (102) and an output coupled to an input of one of a plurality of first amplitude sign detection circuits (114);
- a plurality of second baseband complex bandpass filters (142 1 -142 N ) each having inputs coupled to the first and second outputs of the I/Q baseband downconverter circuit (102) and an output coupled to an input of one of a plurality of second amplitude sign detection circuits (118);
- several first energy detection circuits (204) each comprising an input coupled to the output of one of the first baseband bandpass filters (140 1 -140 N );
- several first threshold crossing detection circuits (214) each comprising an input coupled to an output of one of the first energy detection circuits (204);
- several second energy detection circuits each comprising an input coupled to the output of one of the second baseband bandpass filters (142 1 -142 N );
- several second threshold crossing detection circuits each comprising an input coupled to an output of one of the second energy detection circuits.
- la réception d’un signal RF ;
- l’abaissement en fréquence en bande de base I/Q du signal RF en une composante abaissée en fréquence en bande de base en phase et une composante abaissée en fréquence en bande de base en quadrature ;
- la génération d’un premier signal de signe d’amplitude dont la valeur d’amplitude dépend du signe de l’amplitude de la composante abaissée en fréquence en bande de base en phase, et d’un deuxième signal de signe d’amplitude dont la valeur d’amplitude dépend du signe de l’amplitude de la composante abaissée en fréquence en bande de base en quadrature ;
- la génération d’un signal de signe de fréquence dont la valeur d’amplitude, ou la présence ou l’absence d’oscillations dans le signal de signe de fréquence, dépend du signe de la différence de phase entre les premier et deuxième signaux de signe d’amplitude, et représentative du signe de fréquence d’un signal RF abaissé en fréquence en bande de base comprenant la composante abaissée en fréquence en bande de base en phase du signal RF et la composante abaissée en fréquence en bande de base en quadrature du signal RF.A method of RF spectrum monitoring and signal detection, comprising:
- reception of an RF signal;
- down-converting the RF signal into an in-phase baseband down-converted component and a quadrature baseband down-converted component;
- generating a first amplitude sign signal whose amplitude value depends on the sign of the amplitude of the in-phase baseband down-converted component, and a second amplitude sign signal whose amplitude value depends on the sign of the amplitude of the quadrature baseband down-converted component;
- generating a frequency sign signal whose amplitude value, or the presence or absence of oscillations in the frequency sign signal, depends on the sign of the phase difference between the first and second amplitude sign signals, and representative of the frequency sign of a baseband downconverted RF signal comprising the in-phase baseband downconverted component of the RF signal and the quadrature baseband downconverted component of the RF signal.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3144302B1 (en) | 2025-04-11 |
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| WO2024134080A1 (en) | 2024-06-27 |
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