EP4732488A1 - Procédé et dispositif de transmission de données ofdm - Google Patents

Procédé et dispositif de transmission de données ofdm

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Publication number
EP4732488A1
EP4732488A1 EP24734892.3A EP24734892A EP4732488A1 EP 4732488 A1 EP4732488 A1 EP 4732488A1 EP 24734892 A EP24734892 A EP 24734892A EP 4732488 A1 EP4732488 A1 EP 4732488A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sequence
vector
sequences
transmitted
transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24734892.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Louis Adrien DUFRENE
Quentin Lampin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orange SA
Original Assignee
Orange SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Orange SA filed Critical Orange SA
Publication of EP4732488A1 publication Critical patent/EP4732488A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2626—Arrangements specific to the transmitter only
    • H04L27/2627—Modulators
    • H04L27/2634—Inverse fast Fourier transform [IFFT] or inverse discrete Fourier transform [IDFT] modulators in combination with other circuits for modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2649—Demodulators
    • H04L27/26524—Fast Fourier transform [FFT] or discrete Fourier transform [DFT] demodulators in combination with other circuits for demodulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/0001—Arrangements for dividing the transmission path
    • H04L5/0014—Three-dimensional division
    • H04L5/0016—Time-frequency-code
    • H04L5/0021—Time-frequency-code in which codes are applied as a frequency-domain sequences, e.g. MC-CDMA
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2602—Signal structure
    • H04L27/261—Details of reference signals
    • H04L27/2613—Structure of the reference signals
    • H04L27/26136—Pilot sequence conveying additional information

Definitions

  • the invention belongs to the field of telecommunications and relates in particular to a method of transmitting data on OFDM (for Orthogonal Frequency Division Multiplex in English), and in particular a method advantageously combining CCSK modulations (for Cyclic Code-Shift Keying in English) and OFDM.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex in English
  • CCSK modulations for Cyclic Code-Shift Keying in English
  • LTE-M & NB-IoT Low-power, long-range communication networks
  • Such communications are generally subject to the same constraints: a need to sporadically communicate small amounts of data over long distances, a very low link budget, and limited computing capabilities. Added to this is often the constraint of a finite energy source, since most of these objects operate on batteries.
  • CCSK modulation allows the transmission of pilot signals without additional cost.
  • This modulation method proposes to modulate the data to be transmitted by a cyclic shift of a root sequence of complex symbols.
  • the root sequence is such that its shifted versions are orthogonal to each other, i.e. it offers a good autocorrelation function.
  • each binary word to be transmitted is associated with a particular shifted version of the root sequence.
  • a root sequence composed of the 4 complex symbols [a; b; c; d] makes it possible to modulate 2-bit binary words by associating the word '00' with an offset null corresponding to the sequence [a; b; c; d], the word '01' at a one-position offset corresponding to the sequence [d; a; b; c], the word '10' at a two-position offset corresponding to the sequence [c; d; a; b], and the word '11' at a 3-position offset corresponding to the sequence [b; c; d; a].
  • demodulation is performed by cross-correlation with the root sequence.
  • the location of the maximum correlation indicates the information modulated via an inverse mapping. For example, to demodulate the sequence [d; a; b; c], a cross-correlation calculation with the root sequence [a; b; c; d] provides the normalized result [0; 1; 0; 0].
  • the maximum correlation at this index thus corresponds to the binary word ‘01’.
  • a root sequence with a perfect autocorrelation function (a single correlation peak for zero offset) provides the best demodulation performance.
  • This sequence can then also be used for time and frequency synchronization of the communication system.
  • the use of CCSK modulation therefore allows the transmission of data, the symbols of which are also used as pilots to synchronize communications.
  • CCSK modulation also has the advantage of allowing “shifted demodulation”. Indeed, when all the received sequences are shifted by the same value, or equivalently, if all the correlation peaks are shifted by the same value, then all the demodulated binary words will also be shifted by this value.
  • the receiver obtains the sequence [b; c; d; d; a; b; c; 0], corresponding to the transmitted sequence shifted by one symbol to the left.
  • the two received sequences are separated to obtain the two sequences [b; c; d; d] and [a; b; c; 0].
  • the cross-correlation peak for the sequence [b; c; d; d] is obtained for a rotation of 3 symbols of the root sequence, i.e.
  • the cross-correlation peak for the sequence [a; b; c; 0] is obtained with the sequence [a; b; c; d], i.e. with a corresponding zero shift.
  • the cross-correlation gives a maximum at position 3 and 0 and these indices correspond to the binary words ‘11’ and ‘00’.
  • the demodulation has therefore shifted all the binary words by the same value (-1 modulo 4).
  • An advantage of offset demodulation is that it allows the whole binary words of the same frame by testing the different possible offsets resulting from demodulation.
  • a mechanism verifying the integrity of the frame for example a CRC (for Cyclic Redundancy Check in English), it is possible to identify the transmitted frame.
  • the receiver can calculate a CRC and determine that the frame is in error. The receiver can then shift all the binary words by one position and obtains ‘00’ and ‘01’. By calculating the CRC again, it validates the received frame.
  • the system can adjust certain system parameters, such as time synchronization.
  • CP-OFDM Cylic Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplex in English
  • Such modulation uses a Cyclic Prefix (CP) consisting of a copy of the end of a block of information to be transmitted at the beginning of the frame.
  • CP Cyclic Prefix
  • the prefix thus plays a buffer role in the case of multi-path transmission, which makes it possible to avoid intersymbol interference.
  • the binary words to be transmitted are thus modulated by the value of a particular cyclic shift of a predetermined root sequence (for example a CCSK modulation, for Cyclic Code-Shift Keying in English), the symbols of the shifted sequences corresponding to the binary words to be transmitted being transmitted in the same OFDM symbol (for Orthogonal Frequency Division Multiplex in English), each chip being associated with a subcarrier according to a particular pattern.
  • a predetermined root sequence for example a CCSK modulation, for Cyclic Code-Shift Keying in English
  • OFDM symbol for Orthogonal Frequency Division Multiplex in English
  • the elements of the CCSK sequences take their value in a finite alphabet of complex values.
  • other types of alphabet can be envisaged within the framework of the present invention, for example binary value codes.
  • the chips are parts emitted successively, which have characteristics distinct from the others.
  • the method thus allows data transmission over OFDM without the need to transmit pilot symbols.
  • the efficiency is thus improved compared to a transmission system using dedicated synchronization symbols not carrying useful data.
  • the successive elements of a sequence Cp. are inserted into the vector with a periodicity equal to by first placing the first element of each sequence in the vector, then taking the sequences in the same order, the second element of each sequence, and so on.
  • FIG.l shows an example of such interleaving.
  • the interleaving of the CCSK sequences encoding the words to be transmitted allows a facilitated demodulation operation: the correlation results of all the CCSK sequences transmitted in an OFDM symbol can be obtained in a single correlation operation from a root sequence oversampled at rank K.
  • This particular arrangement of the chips also allows for offset demodulation at the receiver, making it possible to partially avoid time synchronization and completely avoid correction of the entire frequency offset for time synchronization. frequency.
  • the method allows the transmission of several CCSK sequences in the same OFDM symbol and a demodulation of these sequences in a single correlation operation from an oversampled root sequence.
  • the particular arrangement of the elements of each symbol makes it possible to preserve the properties of CCSK modulation, in particular the possibility of offset demodulation.
  • the transmission method is such that the root sequence has a perfect autocorrelation function.
  • the transmission method is such that the root sequence is a Zadoff-Chu sequence.
  • the Zadoff-Chu sequences exhibit a perfect autocorrelation function and retain a good autocorrelation property in the event of phase shift, for example in the event of phase shift caused by the passage through the Discrete Fourier Transform of T OFDM.
  • the Inverse Discrete Fourier Transform like the Discrete Fourier Transform of a Zadoff-chu sequence is also a CAZAC (Constant Amplitude Zero AutoCorrelation waveform) sequence.
  • the time samples of the OFDM symbol can then be used to calculate correlation scores and improve time and frequency synchronization.
  • sequences can however be used without modifying the invention, for example Gold sequences or even m-sequences (or MES for Maximum End Sequence in English) which are binary sequences exhibiting a very good autocorrelation and cross-correlation function (or cross-correlation in English, that is to say a correlation between two different sequences).
  • a particular distribution of the N elements composing a sequence on the K OFDM sub-carriers defines a transmission group, the binary words belonging to the same particular data packet being transmitted within at least one same particular transmission group on a plurality of successive OFDM symbols.
  • the term “data frame”, “data packet” or “information frame” means a transmission unit comprising at least one binary word to be transmitted with which an integrity control mechanism is associated, for example a cyclic redundancy check (or CRC, for Cyclic Redundancy Code in English).
  • a set of data with which integrity control means have been associated is transmitted using one or more particular transmission groups, so that the data of the data packet can be obtained by offset demodulation applied independently to the transmission group associated with said data packet.
  • the transmission method is such that the binary words to be transmitted comprise at least a first word intended for a first user equipment and a second word intended for a second user equipment, the first and second words being respectively associated with a first and a second particular sequence respectively obtained by cyclic shift of a first and a second root sequence of size N, the first and second root sequences being weakly correlated with each other and respectively associated with the first and second user equipment.
  • a multi-user multiplexing in the downlink is thus proposed which ensures the confidentiality of the transmitted data.
  • Each user can then attempt to demodulate the signal received from the root sequence assigned to him.
  • the first and second sequences being weakly correlated, or even orthogonal to each other, the correlation peak determines the data intended for him.
  • the invention also relates to a device for transmitting ⁇ 7 binary words through an OFDM transmission channel, with q > 1, the device comprising a radiofrequency transmitter and a processor coupled to a memory in which are recorded instructions adapted to configure the processor and the transmitter in order to implement the following steps:
  • the invention relates to a method for receiving binary words, with q > 1, transmitted on an OFDM transmission channel, each binary word Pi, with ie [ 0; q - 1 ], being associated for transmission with a particular sequence Cp of size N obtained by cyclic shift of a root sequence, the method comprising the following steps:
  • the interleaving of the sequences also allows for offset demodulation, making it possible to partially avoid time synchronization and completely avoid correction of the entire frequency offset for frequency synchronization.
  • the reception method is such that the root sequence has a perfect autocorrelation function.
  • the reception method is such that the root sequence is a Zadoff-Chu sequence.
  • the reception method is such that the q binary words comprise at least a first word intended for a first user equipment and a second word intended for a second user equipment, the first and second words being respectively associated with a first and a second particular sequence respectively obtained by cyclic shift of a first and a second root sequence of size N, the first and second root sequences being orthogonal to each other and respectively associated with the first and second user equipment, the method comprising a step of determining a sequence intended for a particular receiver by calculating a cross-correlation between a root sequence associated with the receiver oversampled at rank K.
  • the reception method comprises a step of identifying at least one transmission group in a received OFDM symbol, a transmission group being defined by a particular distribution of the N elements of a CCSK sequence on the K OFDM subcarriers, the q CCSK sequences transmitted in an OFDM symbol modulating binary words belonging to q distinct data packets, the binary words composing a particular data packet being transmitted within a particular transmission group on a plurality of successive OFDM symbols.
  • each binary word Pi with i e [ , q - 1]
  • the device comprising a radiofrequency receiver and a processor coupled to a memory in which are recorded instructions adapted to configure the processor and the receiver in order to implement the following steps:
  • the invention relates to a communication system comprising a transmitting device and a receiving device as described above.
  • the different steps of the transmission method and the reception method are determined by computer program instructions.
  • the invention also relates to a computer program comprising instructions adapted to the implementation of the steps of a transmission method and/or a reception method as described above, when the program is executed. by a processor.
  • This program may use any programming language, and be in the form of source code, object code, or code intermediate between source code and object code, such as in a partially compiled form, or in any other desirable form.
  • the invention also relates to a recording medium readable by a computer on which is recorded a computer program comprising instructions for executing the steps of a transmission method and/or a reception method.
  • the information carrier may be any entity or device capable of storing the program.
  • the carrier may include a storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, a flash memory, or a magnetic recording means, such as a hard disk.
  • the information medium may be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, which may be conveyed via an electrical or optical cable, by radio or by other means.
  • the program according to the invention may in particular be downloaded from an Internet-type network.
  • the information carrier may be an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the methods in question.
  • FIG.l represents a vector resulting from the periodic interlacing of 3 vectors
  • FIG.2 represents the main steps of a transmission method which can be implemented using a CCSK CP-OFDM modulator, according to a particular embodiment
  • FIG.3 illustrates the mapping of CCSK sequences to OFDM subcarriers according to a particular implementation
  • FIG.4 represents the main steps of a reception method that can be implemented in a CCSK CP-OFDM demodulator according to a mode particular of realization
  • FIG.5 shows an oversampled root sequence at rank K that can be used to calculate a correlation with received CCSK sequences, according to a particular embodiment
  • FIG.6 illustrates the phenomenon of spectrum folding, or aliasing
  • FIG.7 illustrates the effect of frequency desynchronization when CCSK sequences are sequentially positioned on OFDM subcarriers
  • FIG.8 illustrates the effect of frequency desynchronization when CCSK sequences A, B and C are periodically interleaved on OFDM subcarriers, according to a particular embodiment
  • FIG.9 illustrates the architecture of a device suitable for implementing a method of transmitting binary words according to a particular embodiment
  • FIG.10 illustrates the architecture of a device suitable for implementing a method of receiving binary words according to a particular embodiment.
  • Figure 2 illustrates the main steps of a method of transmitting at least binary words, q > 1, according to a particular embodiment of the invention.
  • the method comprises a first step 200 during which binary code words to be transmitted, with > 1, are coded by CCSK modulation, that is to say by the cyclic rotation of a root sequence of complex symbols.
  • the root sequence is preferably a sequence having a perfect autocorrelation function, i.e. a single correlation peak for a zero shift.
  • the root sequence is a Zadoff-Chu sequence or an m-sequence.
  • Each of the binary words to be transmitted denoted Pi with ie [0; q - 1], is associated with a particular CCSK sequence of size N noted Cp obtained by cyclic shift of the same root sequence of size N.
  • the binary words are then coded by sequences of N complex symbols called “chips”.
  • the binary words to be transmitted comprise at least one binary word associated with a sequence obtained by cyclic shift of a first particular root sequence, and at least one binary word associated with a sequence obtained by cyclic shift of a second particular root sequence, the first and second sequences being of the same size and orthogonal to each other.
  • binary words modulated from two different and orthogonal root sequences are transmitted in the same OFDM symbol.
  • Such an arrangement makes it possible to guarantee that only a receiving device having a particular root sequence can demodulate the binary words modulated with this root sequence.
  • an OFDM symbol can contain data intended for different devices while ensuring the confidentiality of the data, because only a device having a particular root sequence will be able to decode the data intended for it.
  • a step 201 the identically sized sequences of n chips
  • Figure 3 shows an example of such an interleaving of 3 CCSK sequences Cp Q , Cp .
  • C p of N symbols in a vector 300 of size K 3*N for transmission on K OFDM subcarriers.
  • Interleaving can for example be achieved by using a matrix in which the sequences Cp. are written on successive lines, the vector being formed by concatenating the contents of the columns of the matrix.
  • the particular distribution of the N elements of a sequence on the K OFDM subcarriers defines a transmission group, the binary words composing a particular data packet being transmitted within a or more particular transmission groups on a plurality of successive OFDM symbols.
  • the binary words composing the same data packet to be transmitted are transmitted within the same group in successive OFDM symbols.
  • the 3 transmission groups defined by the respective distribution of the chips belonging to the 3 sequences represented in [Fig.l] form 3 serial transmission channels respectively assigned to the transmission of distinct information frames.
  • step 202 an Inverse Discrete Fourier Transform (IDFT) is applied to the vector created in step 201 to obtain a sample vector C[n], with n e [0; K - 1],
  • IDFT Inverse Discrete Fourier Transform
  • step 203 the sample vector from the IDFT is serialized by a parallel-serial converter to obtain an OFDM symbol ⁇ C[ n] ⁇ transmitted on K subcarriers after adding a cyclic prefix (CP, for Cyclic Prefix).
  • CP cyclic prefix
  • Figure 4 illustrates the steps of a method of receiving at least Q binary words, Q
  • a first step 400 an OEDM symbol is received on K subcarriers and placed in a vector y[ ] of K elements by a serial-parallel converter S/P.
  • the symbol here corresponds to an OEDM symbol transmitted according to the transmission method described above, in which binary words denoted Pi with i e [0; q - 1] and
  • the K chips ⁇ y [ 0], y [ 1], . .. 2], y [ K - 1] ⁇ are thus received on K OFDM subcarriers and placed in a first vector of K elements by a serial-parallel converter S/P to which a Discrete Fourier Transform (DFT) is applied in step 401, after removing the CP-OFDM prefix.
  • DFT Discrete Fourier Transform
  • a second vector of size K denoted r in FIG. 4 is obtained comprising the ? interleaved CCSK sequences.
  • step 402 the interleaved CCSK sequences of the vector r are demodulated using at least one root sequence identical to that used to modulate the data during transmission. For this, a cross-correlation calculation is performed.
  • the correlation calculation is carried out using a correlation sequence obtained from a root sequence of size N from which at least one transmitted binary word has been modulated, said root sequence being oversampled to rank K.
  • the root sequence is oversampled to rank K with a “zero-padding” method, i.e. without interpolation, by inserting nuisance terms between the samples so as to go from a sequence of size N to a sequence of size K.
  • Figure 5 represents such a 500 correlation sequence obtained from a root sequence of size N oversampled to rank K according to this method: zeros are regularly inserted between the samples Q[Z], with i E [0; N - 1] of the root sequence to extend it to K elements.
  • a correlation calculation is performed with the second vector r .
  • the demodulation is performed by a cross-correlation with an oversampled root sequence, the location of the correlation maximum indicating the information modulated via an inverse mapping.
  • the correlation results of all CCSK sequences are obtained in a single cycle of correlation operations in the form of a vector 501 denoted .[ n] .
  • the root sequence [a; b; c; d] is then upsampled to rank 8 to give the sequence [a; 0; b; 0; c; 0; d; 0].
  • a correlation score is then calculated between the received sequence and each of the 8 possible offsets of the root sequence.
  • the correlation maxima provide the normalized results [1; 0; 0; 0] and [0; 0; 1; 0] once subsampled to rank N, corresponding to the transmitted binary words '00' and '10'.
  • FIG.6 shows a sequence [a; b; c; d] whose 4 chips are respectively transmitted on 4 OFDM subcarriers (600).
  • the frequency offset corresponds to an integer number of inter-carrier spacing (in the example of [Fig.6], +1 inter-carrier spacing)
  • the sequence is shifted towards the top of the spectrum (601). Due to the spectrum folding phenomenon, the transmitted sequence [a; b; c; d] is finally received (602) in the form of a sequence [d; a; b; c].
  • a shifted demodulation then makes it possible to find a transmitted binary word.
  • FIG.7 shows 3 CCSK sequences of 4 chips sequentially arranged in a first vector 700 to be transmitted in the same OFDM symbol.
  • the sequences [a; b; c; d], [c; d; a; b] and [b; c; d; a] are respectively associated with the binary words ‘00’, ‘10’ and ‘11’ according to the coding convention defined in the introduction.
  • FIG.7 also shows a second vector 701 received with a desynchronization- frequency scaling of an integer offset equal to an inter-subcarrier gap.
  • the chip 'a' of the sequence [b; c; d; a] located at the upper end of the vector 700 is then found at the other end of the vector 701 due to aliasing.
  • the shifted sequences [a; a; b; c], [d; c; d; a] and [b; b; c; d] are demodulated and respectively allow the binary words '01', '11', and '00' to be obtained, but from a non-optimal correlation score. It can be seen that the binary words corresponding to the sequences are shifted in the same way as the sequences, and that it is therefore possible to perform shifted demodulation.
  • FIG. 7 shows a third vector 702 received with a frequency desynchronization of an integer offset equal to two inter-subcarrier deviations. This time, the two chips ‘d’ and ‘a’ from the upper end of the vector 800 are displaced to the other end of the vector. Once separated, the 3 sequences resulting from this offset, [d; a; a; b], [c; d; c; d] and [a; b; b; c] can no longer be demodulated because it is no longer possible to find a maximum correlation for the transmitted sequences. Shifted demodulation is not possible.
  • FIG.8 shows a first vector 800 in which 3 sequences of 4 chips are arranged according to a periodic interleaving law described above to be transmitted in the same OFDM symbol.
  • the sequences [a; b; c; d], [c; d; a; b] and [b; c; d; a] are respectively associated with the binary words ‘00’, ‘10’ and ‘11’ according to the coding convention defined in the introduction and interleaved in the vector 800.
  • FIG.8 also shows a second vector 801 received with a frequency desynchronization of an integer offset equal to an inter-subcarrier gap.
  • the chip ‘a’ located at the upper end of the vector 800 is then found at the other end of the vector 801 due to aliasing.
  • FIG.8 finally shows a third vector 802 received with a frequency desynchronization of an integer offset equal to two inter-subcarrier deviations.
  • the two chips ‘b’ and ‘a’ from the upper end of vector 800 are found displaced to the other end of vector 802.
  • group A comprises the sequence [b; c; d; a]
  • group B comprises the sequence [c; d; a; d]
  • group C comprises the sequence [b; c; d; a].
  • group A comprises the sequence [c; d; a; b]
  • group B comprises the sequence [a; b; c; d]
  • group C comprises the sequence [a; b; c; d].
  • group A comprises the sequence [a; b; c; d]
  • group B comprises the sequence [a; b; c; d]
  • group C comprises the sequence [b; c; d; a].
  • the demodulation step comprises a sub-step of identifying at least one transmission group in a received OFDM symbol, a transmission group being defined by a particular distribution of the N elements of a CCSK sequence on the K OFDM sub-carriers, the binary words composing a particular data packet being transmitted within one or more particular transmission groups on a plurality of successive OFDM symbols.
  • the data belonging to the same information frame are transmitted in series on one or more same transmission groups by a plurality of CCSK sequences transmitted successively by a plurality of successive OFDM symbols.
  • step 403 the binary words corresponding to the correlation peaks determined in step 402 are reordered and transmitted to the application layers. Since the correlation scores for each sequence are also interleaved, as can be seen in [Fig.5], it is necessary to deinterleave them by separating the correlation scores of each sequence. The maximum correlation peak is then obtained for each sequence by calculating a maximum argument (argmax). The position of the correlation peak obtained allows demodulation by determining the binary word that corresponds to this maximum.
  • the principle of offset demodulation takes advantage of the fact that when all the received sequences are cyclically offset by the same value, or equivalently, if all the correlation peaks are offset by the same value, then all the demodulated binary words will also be offset by this value.
  • the proposed interleaving and the transmission of data by group makes it possible to maintain this advantage in the presence of poor frequency synchronization even when several CCSK sequences are transmitted in the same OFDM symbol.
  • Figure 9 illustrates the architecture of a device 900 adapted to implement the method of transmitting binary words according to a particular embodiment of the invention.
  • the device 900 comprises a data processing module comprising a storage space 901, for example a memory (MEM), a processing unit 902, equipped for example with a microprocessor (PROC), and controlled by a computer program (PGR) 903 whose instructions are configured to implement the transmission method as described previously in relation to [Fig.2].
  • a data processing module comprising a storage space 901, for example a memory (MEM), a processing unit 902, equipped for example with a microprocessor (PROC), and controlled by a computer program (PGR) 903 whose instructions are configured to implement the transmission method as described previously in relation to [Fig.2].
  • MEM memory
  • PROC microprocessor
  • PGR computer program
  • the code instructions of the computer program 903 are for example loaded into the memory 901 before being executed by the processor of the processing unit 902.
  • the microprocessor of the processing unit 902 implements, according to the instructions of the computer program 903, the steps of the method for transmitting ?
  • sequences Cp associated with the Q words to be transmitted the step of obtaining a second vector of K elements by applying an Inverse Discrete Fourier Transform (IDFT) to said first vector, and the step of transmitting by a radiofrequency transmitter each element of the second vector on a particular OFDM subcarrier.
  • IDFT Inverse Discrete Fourier Transform
  • the device 900 comprises a CCSK modulation unit 904 configured to modulate Q binary words in the form of sequences of N chips.
  • the modulation unit 904 uses a root sequence having a perfect autocorrelation function, for example, a Zadoff-Chu sequence, or an M-sequence.
  • the parallelization unit 905 is implemented by program instructions adapted to periodically interleave the sequences produced by the modulation unit. For this, the parallelization unit can arrange each of the sequences of N chips on different lines of a matrix of N columns and ? lines, so that the chips of the same index are aligned vertically, and concatenate in an output vector the elements of the matrix according to a column reading, the content of the columns of index 0 to N-l being added sequentially in said vector.
  • the unit 905 is thus configured to perform a mapping (or a distribution) of the K chips on K subcarriers.
  • the particular distribution of the N chips of a particular CCSK sequence on the K subcarriers defines a transmission group, the binary words to be transmitted belonging to Q distinct data packets, the binary words composing a particular data packet being transmitted within at least one particular transmission group on a plurality of successive OFDM symbols.
  • the device 900 also comprises a unit for calculating an inverse discrete Fourier transform IDFT 906.
  • the IDFT calculation unit 906 is for example implemented by computer program instructions configured to take as a parameter the vector generated by the parallelization module 905 and generate in return a vector of the same size comprising the samples calculated by a discrete inverse Fourier transform IDFT.
  • the instructions implement for example an IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) algorithm.
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • the device 900 further comprises a serialization unit 907 adapted to generate an OFDM symbol capable of being transmitted to a receiver by radiofrequency communication means 908.
  • the serialization unit 907 is for example implemented by computer program instructions configured to convert the output of the inverse Fourier transformer 906 from a parallel data signal to a serial data signal.
  • the serialization unit can further be configured to add a cyclic prefix (CP) to the OFDM symbol.
  • CP cyclic prefix
  • the radiofrequency communication means 908 correspond for example to a WiFi®, 3G, 4G, 5G interface, or any other transmission means suitable for transmitting a signal on a plurality of subcarriers.
  • the transmission device 900 is integrated into a user equipment (UE), a connected object (loT), such as a sensor or a radio unit of a base station.
  • UE user equipment
  • LoT connected object
  • the device 1000 comprises a data processing module comprising a storage space 1001, for example a memory (MEM), a processing unit 1002, equipped for example with a microprocessor (PROC), and controlled by the computer program (PGR) 1003 whose instructions are configured to implement the reception method as described previously in relation to [Fig.4].
  • a data processing module comprising a storage space 1001, for example a memory (MEM), a processing unit 1002, equipped for example with a microprocessor (PROC), and controlled by the computer program (PGR) 1003 whose instructions are configured to implement the reception method as described previously in relation to [Fig.4].
  • MEM memory
  • PROC microprocessor
  • PGR computer program
  • the code instructions of the computer program 1003 are for example loaded into the memory 1001 before being executed by the processor of the processing unit 1002.
  • the microprocessor of the processing unit 1002 implements, according to the instructions of the computer program 1003, the steps of the method for receiving ⁇ 7 binary words, with ? > 1, transmitted on an OFDM transmission channel, each binary word Pj, with ie [0; q - 1], being associated for transmission with a particular sequence Cp.
  • the reception device 1000 comprises radiofrequency communication means 1004, for example a WiFi®, 3G, 4G, 5G receiver, or any other receiver suitable for receiving an OFDM signal.
  • the communication means 1004 are configured to transpose the analog signal received by the RF receiver into baseband and extract the cyclic prefix.
  • An analog-to-digital converter makes it possible to obtain a sequence of samples.
  • the device 1000 further comprises a parallelization module 1005 adapted to convert the sequence of samples received by the radiofrequency receiver 1004 into a parallel data signal.
  • the module 1005 is for example implemented by program instructions adapted to generate a vector comprising K chips received on K OFDM subcarriers by the RF receiver 1004.
  • the device 1000 also comprises a module 1006 for calculating a discrete Fourier transform (DFT).
  • the module 1006 can be implemented by computer program instructions adapted to calculate a DFT from the vector of K samples generated by the parallelization module 1005 and produce a second vector of size K comprising q interleaved CCSK sequences whose chips are transformed into the frequency domain.
  • the device 1000 also comprises a demodulation unit 1007 adapted to demodulate the received CCSK sequences by calculating a cross-correlation with a particular root sequence.
  • the module 1007 can be implemented by computer program instructions configured to obtain a root sequence of size N used to modulate the binary words during transmission (the root sequence is for example preconfigured, or transmitted prior to transmission), and to oversample this root sequence to rank K.
  • the program instructions are configured to oversample the root sequence according to a "zero-padding" technique so that it reaches a size K by inserting nuisance terms between the samples forming the initial sequence and to perform a correlation calculation between the vector produced by the DFT module 1006 and each particular cyclic shift of the oversampled root to identify a binary word. transmitted according to the position of a correlation maximum.
  • the demodulation module 1007 is configured to identify at least one transmission group in the vector generated by the DFT calculation module, a transmission group being defined by a particular distribution of the N chips of a CCSK sequence in the vector, the q CCSK sequences modulating binary words belonging to q distinct data packets, the binary words composing a particular data packet being transmitted within a particular transmission group on a plurality of successive OFDM symbols.
  • the associations between the data packets and the transmission groups are transmitted beforehand by any suitable means.
  • the device 1000 finally comprises a module 1008 for obtaining the transmitted binary words.
  • the module 1008 is for example implemented by code instructions configured to deinterleave the correlation scores obtained by the module 1007 for each sequence, to calculate a maximum argument (argmax) making it possible to obtain the maximum correlation peak for each sequence, and to determine the binary word which corresponds to this maximum.
  • the reception device is integrated into user equipment (UE), such as a mobile telephone, a connected object or a base station.
  • UE user equipment

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un procédé de transmission d'une pluralité de mots binaires dans un symbole OFDM. Le procédé de transmission comprend notamment une étape de modulation (200) dans laquelle un mot binaire à transmettre est associé à une séquence particulière Cp i de taille N obtenue par décalage cyclique d'une séquence racine, une étape de création (201) d'un premier vecteur dans lequel sont entrelacées périodiquement éléments d'au moins deux séquences, une étape d'obtention (202) d'un deuxième vecteur de K éléments par application d'une Transformée de Fourrier Discrète Inverse audit premier vecteur, et une étape de transmission (203) sur K sous-porteuses OFDM d'un symbole OFDM représentatif des K éléments du deuxième vecteur. L'invention vise aussi un procédé de réception d'une d'au moins un mot binaire transmis selon le procédé de transmission, ainsi que des dispositifs de transmission et de réception pour la mise en œuvre des procédés.

Description

Description
Titre de l’invention : Procédé et dispositif de transmission de données OFDM
Domaine technique
[0001] L’invention appartient au domaine des télécommunications et concerne en particulier un procédé de transmission de données sur OFDM (pour Orthogonal Frequency Division Multiplex en anglais), et notamment un procédé combinant de façon avantageuse modulations CCSK (pour Cyclic Code-Shift Keying en anglais) et OFDM.
ART ANTERIEUR
[0002] Les réseaux de communication longue portée et faible puissance (LPWAN) restent encore aujourd’hui un sujet de recherche et d’innovation majeur, largement porté par le déploiement de réseaux loT (Internet Of Things) satellitaire, mais également par l’évolution des marchés loT cellulaires (LTE-M & NB-IoT) et LoRa.
[0003] De telles communications sont généralement assujetties aux mêmes contraintes : un besoin de communiquer sporadiquement de petites quantités de données sur de longues distances, un bilan de liaison très faible, et des capacités de calcul limitées. À cela s’ajoute souvent la contrainte d’une source d’énergie finie, la plupart de ces objets fonctionnant sur batterie.
[0004] L’efficacité énergétique est donc au cœur de la conception des technologies de communications loT. L’un des points d’attention est la part prise par les communications ne transportant pas de données utiles. En effet, pour fonctionner, la couche physique a traditionnellement besoin de signaux dits « pilotes » pour effectuer les opérations de synchronisation temporelle et fréquentielle, ou encore d’estimation du canal de propagation. Ces signaux ne transportent pas directement d’information, mais sont nécessaires au bon fonctionnement du système. Ils constituent néanmoins une perte d’énergie utile pour tous les systèmes, avec une critic ité particulière pour les systèmes loT.
[0005] La modulation CCSK autorise la transmission de signaux pilotes sans surcoût. Cette méthode de modulation propose de moduler les données à transmettre par un décalage cyclique d’une séquence racine de symboles complexes. La séquence racine est telle que ses versions décalées sont orthogonales entre elles, c’est-à-dire qu’elle offre une bonne fonction d’autocorrélation. Ainsi, on associe à chaque mot binaire à transmettre une version décalée particulière de la séquence racine.
[0006] Par exemple, une séquence racine composée des 4 symboles complexes [a ; b ; c ; d] permet de moduler des mots binaires de 2 bits en associant le mot ‘00’ à un décalage nul correspondant à la séquence [a ; b ; c ; d], le mot ‘01’ à un décalage d’une position correspondant à la séquence [d ; a ; b ; c], le mot ‘10’ à un décalage de deux positions correspondant à la séquence [c ; d ; a ; b] et le mot ‘11’ à un décalage de 3 positions correspondant à la séquence [b ; c ; d ; a].
[0007] Une fois les séquences reçues, la démodulation s’effectue par une corrélation croisée avec la séquence racine. L’emplacement du maximum de corrélation indique l’information modulée via un mapping inverse. Par exemple, pour démoduler la séquence [d ; a ; b ; c], un calcul de corrélation croisée avec la séquence racine [a ; b ; c ; d] fournit le résultat normalisé [0 ; 1 ; 0 ; 0]. Le maximum de corrélation à cet indice correspond ainsi au mot binaire ‘01’.
[0008] Une séquence racine présentant une fonction d’autocorrélation parfaite (un pic de corrélation unique pour un décalage nul) permet d’obtenir les meilleures performances de démodulation. Cette séquence peut alors aussi servir à la synchronisation temps et fréquence du système de communication. L’utilisation de la modulation CCSK permet donc la transmission de données, dont les symboles sont également utilisés comme pilotes pour synchroniser les communications
[0009] La modulation CCSK présente aussi l’avantage de permettre une « démodulation décalée ». En effet, lorsque toutes les séquences reçues sont décalées d’une même valeur, ou de manière équivalente, si tous les pics de corrélations sont décalés d’une même valeur, alors tous les mots binaires démodulés seront également décalés de cette valeur.
[0010] Supposons par exemple que l’on souhaite transmettre les mots binaires ‘00’ et ‘01’ sur un canal de transmission mono-bande standard en utilisant une modulation CCSK basée sur le même codage que l’exemple précédent. Les mots binaires sont alors respectivement modulés par les séquences [a ; b ; c ; d] et [d ; a ; b ; c] et transmis sur le canal de transmission par la séquence [a ; b ; c ; d ; d ; a ; b ; c]. En cas de mauvaise synchronisation temporelle au récepteur, par exemple lorsque la séquence est reçue avec un symbole de retard, le récepteur obtient la séquence [b ; c ; d ; d ; a ; b ; c ; 0], correspondant à la séquence transmis décalée d’un symbole vers la gauche. Les deux séquences reçues sont séparées pour obtenir les deux séquences [b ; c ; d ; d] et [a ; b ; c ; 0]. Le pic de corrélation croisée pour la séquence [b ; c ; d ; d] est obtenu pour une rotation de 3 symboles de la séquence racine, c’est-à-dire avec la séquence [b ; c ; d ; a], et le pic de corrélation croisée pour la séquence [a ; b ; c ; 0] est obtenu avec la séquence [a ; b ; c ; d], c’est-à-dire avec un décalage nul correspondant. Ainsi, la corrélation croisée donne un maximum en position 3 et 0 et ces index correspondent aux mots binaires ‘11’ et ‘00’. La démodulation a donc décalé tous les mots binaires d’une même valeur (-1 modulo 4).
[0011] Un avantage de la démodulation décalée est qu’elle permet de retrouver l’ensemble des mots binaires d’une même trame en venant tester les différents décalages possibles issus de la démodulation. En utilisant un mécanisme vérifiant l’intégrité de la trame, par exemple un CRC (pour Cyclic Redundancy Check en anglais), il est possible d’identifier la trame transmise.
[0012] En prenant par exemple les mots binaires ‘11’ et ‘00’ démodulés dans l’exemple, le récepteur peut calculer un CRC et déterminer que la trame est erronée. Le récepteur peut alors décaler tous les mots binaires d’une position et obtient ‘00’ et ‘01’. En calculant de nouveau le CRC, celui-ci valide la trame reçue.
[0013] Une fois la valeur du décalage identifiée pour une première trame, il est possible de directement l’appliquer à des trames successives, si celles-ci sont réceptionnées dans les mêmes conditions ayant conduit au décalage originel. Le corolaire est qu’en identifiant la valeur du décalage, le système peut ajuster certains paramètres systèmes, comme la synchronisation temporelle.
[0014] Ces différentes propriétés rendent l’emploi de la modulation CCSK très attrayante pour les communications loT.
[0015] De nombreuses applications mettent en œuvre une modulation dite CP-OFDM (pour Cylic Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplex en anglais). Une telle modulation utilise un Préfixe Cyclique (CP) consistant en une recopie de la fin d’un bloc d’information à transmettre en début de trame. Le préfixe joue ainsi un rôle de tampon en cas de transmission multi-trajets, ce qui permet d’éviter les interférence intersymboles.
[0016] Il existe ainsi un besoin pour une technique de transmission qui permette de combiner de façon intelligente et efficace les techniques de modulation CCSK et CP- OFDM pour transmettre plusieurs séquences CCSK par symbole OFDM tout en bénéficiant des propriétés avantageuses de la modulation CCSK.
Résumé de l’invention
[0017] A cet effet, il est proposé un procédé de transmission de mots binaires de taille r bits, avec Q > 1, au travers un canal de transmission OFDM, le procédé comprenant :
- Une étape de modulation dans laquelle un mot binaire Pi à transmettre, avec i E [ 0; q - 1] , est associé à une séquence particulière Cp. de taille N = 2‘ obtenue par décalage cyclique d’une séquence racine,
- Une étape de création d’un premier vecteur de taille K = q*N dans lequel sont entrelacés périodiquement les N éléments Cp [n] , avec n E [0; N - 1] des séquences Cp associées aux mots à transmettre,
- Une étape d’obtention d’un deuxième vecteur de K éléments par application d’une Transformée de Fourrier Discrète Inverse (IDFT) audit premier vecteur,
- Une étape de transmission sur K sous-porteuses OFDM d’un symbole OFDM représentatif des K éléments du deuxième vecteur.
[0018] Les mots binaires à transmettre sont ainsi modulés par la valeur d’un décalage cyclique particulier d’une séquence racine prédéterminée (par exemple une modulation CCSK, pour Cyclic Code-Shift Keying en anglais), les symboles des séquences décalées correspondant aux mots binaires à transmettre étant transmis dans un même symbole OFDM (pour Orthogonal Frequency Division Multiplex en anglais), chaque bribe (ou « chip » en anglais) étant associée à une sous-porteuse selon un schéma particulier.
[0019] De manière générale, les éléments des séquences CCSK prennent leur valeur dans un alphabet fini de valeurs complexes. Toutefois, on peut envisager dans le cadre de la présente invention d’autre types d’alphabet, par exemple des codes de valeur binaires. Dans un signal numérique formé selon une loi déterminée à partir d'un élément de donnée, les bribes sont des parties émises successivement, qui possède des caractéristiques distinctes des autres.
[0020] Le procédé permet ainsi une transmission de données sur OFDM sans qu’il soit nécessaire de transmettre des symboles pilotes. Le rendement est ainsi amélioré par rapport à un système de transmission utilisant des symboles de synchronisation dédiés ne transportant pas de données utiles.
[0021] Les éléments composant les séquences CCSK sont en outre entrelacés dans un vecteur de taille K = q*n selon une loi d’entrelacement périodique selon laquelle un élément Q Lj], avec n G [0; N - 1] et i e [0; q - 1] occupe le rang r = i*K + n dans le P _ J vecteur entrelacé.
[0022] Autrement dit, les éléments successifs d’une séquence Cp. sont insérés dans le vecteur avec une périodicité égale à en plaçant d’abord le premier élément de chaque séquence dans le vecteur, puis en prenant les séquences dans le même ordre, le deuxième élément de chaque séquence, et ainsi de suite.
[0023] La [Fig.l] montre un exemple d’un tel entrelacement. Les données de trois séquences A, B et C de taille N=4 sont entrelacées dans un vecteur de taille K=3*N de sorte que les éléments de même rang de chaque vecteur sont ajoutés successivement au vecteur de destination.
[0024] L’entrelacement des séquences CCSK codant les mots à transmettre permet une opération de démodulation facilitée : les résultats de corrélation de toutes les séquences CCSK transmises dans un symbole OFDM peuvent être obtenus en une seule opération de corrélation à partir d’une séquence racine sur-échantillonnée au rang K.
[0025] Cet agencement particulier des bribes autorise en outre une démodulation décalée au récepteur permettant de s’affranchir en partie de la synchronisation en temporelle et totalement d’une correction de l’offset entier en fréquence pour la synchronisation en fréquence.
[0026] Ainsi, le procédé permet la transmission de plusieurs séquences CCSK dans un même symbole OFDM et une démodulation de ces séquences en une seule opération de corrélation à partir d’une séquence racine sur-échantillonnée. L’agencement particulier des éléments de chaque symbole permet de conserver les propriétés de la modulation CCSK, en particulier la possibilité d’une démodulation décalée.
[0027] Selon une réalisation particulière, le procédé de transmission est tel que la séquence racine présente une fonction d’autocorrélation parfaite.
[0028] L’utilisation d’un séquence racine présentant une fonction d’autocorrélation parfaite, c’est-à-dire un pic de corrélation unique pour un décalage nul, permet son utilisation pour la synchronisation temps et fréquence de la communication. En outre, l’unique pic indiquant le décalage permet une démodulation optimale des séquences transmises.
[0029] Selon un mode particulier de réalisation, le procédé de transmission est tel que la séquence racine est une séquence Zadoff-Chu.
[0030] Les séquences Zadoff-Chu présentent une fonction d’autocorrélation parfaite et conservent une bonne propriété d’autocorrélation en cas de déphasage, par exemple en cas de déphasage engendré par le passage par la Transformée de Fourrier Discrète de T OFDM.
[0031] En outre, la Transformée de Fourrier Discrète Inverse, comme la Transformée de Fourrier Discrète d’une séquence Zadoff-chu est également une séquence CAZAC (Constant Amplitude Zero AutoCorrelation waveform). On peut alors utiliser les échantillons temporels du symbole OFDM pour calculer des scores de corrélation et améliorer la synchronisation temporelle et fréquentielle.
[0032] D’autres séquences peuvent cependant être utilisées sans modifier l’invention, par exemple des séquences de Gold ou encore des m- séquence (ou MES pour Maximum Eength Sequence en anglais) qui sont des séquences binaires présentant une très bonne une fonction d’autocorrélation et de corrélation croisée (ou cross-correlation en anglais, c’est-à-dire une corrélation entre deux séquences différentes).
[0033] Selon un mode particulier de réalisation, une distribution particulière des N éléments composant une séquence sur les K sous-porteuses OFDM définit un groupe de transmission, les mots binaires appartenant à un même paquet de données particulier étant transmis au sein d’au moins un même groupe de transmission particulier sur une pluralité de symboles OFDM successifs.
[0034] Ainsi, lorsqu'un décalage particulier affecte un groupe, les séquences CCSK transmises successivement sur ce groupe sont affectées de ce même décalage tant que les conditions de transmission restent sensiblement identiques. Il est ainsi possible de réaliser une démodulation décalée en considérant chaque groupe de manière indépendante. [0035] On entend ici par « trame de données », « paquet de données » ou « trame d’information » une unité de transmission comprenant au moins un mot binaire à transmettre auquel est associé un mécanisme de contrôle d’intégrité, par exemple un contrôle de redondance cyclique (ou CRC, pour Cyclic Redondancy Code en anglais).
[0036] Autrement dit, un ensemble de données auxquelles on a associé des moyens de contrôle d’intégrité est transmis en utilisant un ou plusieurs groupes de transmission particuliers, de sorte que les données du paquet de données peuvent être obtenues par une démodulation décalée appliquée de manière indépendante au groupe de transmission associé audit paquet de données.
[0037] Selon un mode particulier de réalisation, le procédé de transmission est tel que les mots binaires à transmettre comprennent au moins un premier mot destiné à un premier équipement utilisateur et un deuxième mot destiné à un deuxième équipement utilisateur, les premier et deuxième mots étant respectivement associés à une première et une deuxième séquence particulière respectivement obtenues par décalage cyclique d’une première et une deuxième séquence racine de taille N, les première et deuxième séquences racines étant faiblement corrélées entre elles et respectivement associées au premier et deuxième équipement utilisateur.
[0038] Il est ainsi proposé un multiplexage multi-utilisateur en voie descendante qui assure la confidentialité des données transmises. Chaque utilisateur peut alors tenter de démoduler le signal reçu à partir de la séquence racine qui lui a été assignée. Les première et deuxième séquences étant faiblement corrélées, voire orthogonales entre elles, le pic de corrélation détermine les données qui lui sont destinées.
[0039] L’invention concerne également un dispositif de transmission de <7 mots binaires au travers d’un canal de transmission OFDM, avec q > 1, le dispositif comprenant un émetteur radiofréquence et un processeur couplé à une mémoire dans laquelle sont enregistrées des instructions adaptées pour configurer le processeur et l’émetteur afin de mettre en œuvre les étapes suivantes :
- Une étape de modulation dans laquelle un mot binaire Pi à transmettre, avec i E [ CI, q - 1] , est associé à une séquence particulière Cp. de taille N obtenue par décalage cyclique d’une séquence racine,
- Une étape de création d’un premier vecteur de taille K = q*N dans lequel sont entrelacés périodiquement les N éléments Cp [ ], avec n E [0; N - 1] des séquences Cp. associées aux mots à transmettre,
- Une étape d’obtention d’un deuxième vecteur de K éléments par application d’une Transformée de Fourrier Discrète Inverse (IDFT) audit premier vecteur,
- Une étape de transmission sur K sous-porteuses OFDM d’un symbole OFDM représentatif des K éléments du deuxième vecteur. [0040] Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé de réception de mots binaires, avec q > 1, transmis sur un canal de transmission OFDM, chaque mot binaire Pi, avec i e [ 0; q - 1 ] , étant associé pour la transmission à une séquence particulière Cp de taille N obtenue par décalage cyclique d’une séquence racine, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- Réception d’un symbole OFDM sur K = q*N sous-porteuses,
- Obtention d’un vecteur de K éléments par application d’une Transformée de Fourrier Discrète au symbole OFDM reçu, le vecteur comprenant séquences Cp. particulières de taille N entrelacées périodiquement,
- Calcul d’une corrélation croisée entre le vecteur obtenu et une séquence racine de taille N sur-échantillonnée au rang K par insertion régulière de termes intermédiaires nuis entre les N éléments de la séquence racine,
- Détermination des mots binaires reçus selon le résultat de la corrélation. [0041] Les séquences CCSK étant entrelacées de façon périodique, on peut utiliser une séquence racine sur-échantillonnée, pour obtenir les résultats de corrélation de toutes les séquences CCSK en une seule opération de corrélation. Il suffit ensuite d’extraire les résultats propres à chaque séquence et de déterminer les indices des maximums de corrélation correspondant.
[0042] L’entrelacement des séquences autorise en outre une démodulation décalée permettant de s’affranchir en partie de la synchronisation en temporelle et totalement d’une correction de l’offset entier en fréquence pour la synchronisation en fréquence.
[0043] Selon une réalisation particulière, le procédé de réception est tel que la séquence racine présente une fonction d’autocorrélation parfaite.
[0044] Selon un mode particulier de réalisation, le procédé de réception est tel que la séquence racine est une séquence Zadoff-Chu.
[0045] Selon un mode particulier de réalisation, le procédé de réception est tel que les q mots binaires comprennent au moins un premier mot destiné à un premier équipement utilisateur et un deuxième mot destiné à un deuxième équipement utilisateur, les premier et deuxième mots étant respectivement associés à une première et une deuxième séquence particulière respectivement obtenues par décalage cyclique d’une première et une deuxième séquence racine de taille N, les première et deuxième séquences racines étant orthogonales entre elles et respectivement associées au premier et deuxième équipement utilisateur, le procédé comprenant une étape de détermination d’une séquence destinée à un récepteur particulier par calcul d’une corrélation croisée entre une séquence racine associée au récepteur suréchantillonnée au rang K.
[0046] Selon une réalisation particulière, le procédé de réception comprend une étape d’identification d’au moins un groupe de transmission dans un symbole OFDM reçu, un groupe de transmission étant défini par une distribution particulière des N éléments d’une séquence CCSK sur les K sous-porteuses OFDM, les q séquences CCSK transmises dans un symbole OFDM modulant des mots binaires appartenant à q paquets de données distincts, les mots binaires composant un paquet de données particulier étant transmis au sein d’un groupe de transmission particulier sur une pluralité de symboles OFDM successifs.
[0047] Il est ainsi proposé de considérer des groupes de transmission série indépendants selon la distribution des bribes des séquences transmises sur les sous-porteuses OFDM. Les séquences CCSK transmises successivement sur un groupe particulier étant affectées d’un même décalage tant que les conditions de transmission restent sensiblement identiques, il est possible de réaliser une démodulation décalée en considérant chaque groupe de manière indépendante.
[0048] Il est également proposé un dispositif de réception de q mots binaires, avec q > 1, transmis sur un canal de transmission OFDM, chaque mot binaire Pi, avec i e [ , q - 1], étant associé pour la transmission à une séquence particulière Cp. de taille N obtenue par rotation cyclique d’une même séquence racine, le dispositif comprenant un récepteur radiofréquence et un processeur couplé à une mémoire dans laquelle sont enregistrées des instructions adaptées pour configurer le processeur et le récepteur afin de mettre en œuvre les étapes suivantes :
- Réception d’un symbole OFDM sur K=q*N sous-porteuses,
- Obtention d’un vecteur de K éléments par application d’une Transformée de Fourrier Discrète au symbole OFDM reçu, le vecteur comprenant q séquences Cp particulières de taille N entrelacées périodiquement,
- Sur-échantillonnage d’une séquence racine de taille N au rang K par insertion régulière de termes intermédiaires nuis entre les N éléments de la séquence racine,
- Détermination des mots binaires reçus par calcul d’une corrélation entre la séquence racine sur-échantillonnée et le vecteur obtenu.
[0049] Selon encore un autre aspect, l’invention concerne un système de communication comprenant un dispositif de transmission et un dispositif de réception tels que décrits ci-dessus.
[0050] Dans un mode particulier de réalisation, les différentes étapes du procédé de transmission et du procédé de réception sont déterminées par des instructions de programmes d’ordinateurs.
[0051] En conséquence, l’invention vise aussi un programme d’ordinateur comportant des instructions adaptées à la mise en œuvre des étapes d'un procédé de transmission et/ou d’un procédé de réception tels que décrit ci-dessus, lorsque le programme est exécuté par un processeur.
[0052] Ce programme peut utiliser n’importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n’importe quelle autre forme souhaitable.
[0053] L’invention vise aussi un support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de transmission et/ou d’un procédé de réception.
[0054] Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, une mémoire flash, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, comme un disque dur.
[0055] D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.
[0056] Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution des procédés en question.
[0057] Les différents modes ou caractéristiques de réalisation précités peuvent être ajoutés indépendamment ou en combinaison les uns avec les autres, aux étapes des procédés de transmission et/ou de réception.
[0058] Les dispositifs, systèmes et programmes présentent des avantages analogues à ceux des procédés auxquels ils correspondent.
Brève description des figures
[0059] D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d’un mode de réalisation préféré décrit en référence aux dessins annexés parmi lesquels :
- La [Fig.l] représente un vecteur résultant de l’entrelacement périodique de 3 vecteurs,
- La [Fig.2] représente les principales étapes d’un procédé de transmission pouvant être mis en œuvre un modulateur CCSK CP-OFDM, selon un mode particulier de réalisation,
- La [Fig.3] illustre la mise en correspondance de séquences CCSK avec des sous porteuses OFDM selon une réalisation particulière,
- La [Fig.4] représente les principales étapes d’un procédé de réception pouvant être mis en œuvre dans un démodulateur CCSK CP-OFDM selon un mode particulier de réalisation,
- La [Fig.5] montre une séquence racine sur-échantillonnée au rang K pouvant être utilisée pour calculer une corrélation avec des séquences CCSK reçues, selon un mode de réalisation particulier,
- La [Fig.6] illustre le phénomène de repliement de spectre, ou aliasing,
- La [Fig.7] illustre l’effet d’une désynchronisation fréquentielle lorsque des séquences CCSK sont positionnées séquentiellement sur des sous-porteuses OFDM,
- La [Fig.8] illustre l’effet d’une désynchronisation fréquentielle lorsque des séquences CCSK A, B et C sont entrelacées périodiquement sur des sous- porteuses OFDM, selon un mode de réalisation particulier,
- La [Fig.9] illustre l’architecture d’un dispositif adapté pour mettre en œuvre un procédé de transmission de mots binaires selon une réalisation particulière, et
- La [Fig.10] illustre l’architecture d’un dispositif adapté pour mettre en œuvre un procédé de réception de mots binaires selon un mode particulier de réalisation.
Description détaillée
[0060] Dans la description qui va suivre, des modes de réalisation sont décrits sur la base d’exemples non limitatifs permettant d’expliciter les concepts sur lesquels se base l’invention. En particulier, bien que les exemples et la terminologie employés peuvent se référer à certaines technologies ou standards bien connus, ces références ne sont pas limitatives et d’autres technologies peuvent être adaptées pour mettre en œuvre les concepts de l’invention. Par exemple, les technologies CSK ou OFDM auxquelles il est fait références peuvent être remplacées par différentes techniques de modulation basées respectivement sur des décalages circulaires de séquences de valeurs complexes ou des transmissions multi-porteuses sans qu’il soit nécessaire de modifier l’invention.
[0061] La figure 2 illustre les principales étapes d’un procédé de transmission d’au moins mots binaires, q > 1, selon un mode particulier de réalisation de l’invention.
[0062] Le procédé comprend une première étape 200 au cours de laquelle mots de code binaires à transmettre, avec > 1, sont codés par modulation CCSK, c’est-à-dire par la rotation cyclique d’une séquence racine de symboles complexes.
[0063] La séquence racine est de préférence une séquence présentant une fonction d’autocorrélation parfaite, c’est-à-dire un pic de corrélation unique pour un décalage nul. Selon un mode de réalisation particulier, la séquence racine est une séquence de Zadoff-Chu ou une m-séquence.
[0064] Chacun des mots binaires à transmettre, noté Pi avec i e [0; q - 1], est associé à une séquence CCSK particulière de taille N notée Cpobtenue par décalage cyclique d’une même séquence racine de taille N. Les mots binaires sont alors codés par séquences de N symboles complexes appelés « bribes » (ou « Chips » en anglais).
[0065] Selon une réalisation particulière, les mots binaires à transmettre comprennent au moins un mot binaire associé à une séquence obtenue par décalage cyclique d’une première séquence racine particulière, et au moins un mot binaire associé à une séquence obtenue par décalage cyclique d’une deuxième séquence racine particulière, les première et deuxième séquences étant de même taille et orthogonales entre elles. Autrement dit, des mots binaires modulés à partir de deux séquences racines différentes et orthogonales entre elles sont transmis dans un même symbole OFDM. Une telle disposition permet de garantir que seuls un dispositif de réception disposant d’une séquence racine particulière peux démoduler les mots binaires modulés avec cette séquence racine. Ainsi, un symbole OFDM peut contenir des données destinées à différents équipements tout en assurant la confidentialité des données, car seul un équipement disposant d’une séquence racine particulière pourra décoder les données qui lui sont destinées.
[0066] Lors d’une étape 201, les de tailles identiques séquences de n bribes |Cp [ n]}’ avec i e [0; q - 1] et n G [0; N - 1], sont organisées de manière particulière dans un vecteur afin d’être positionnées avantageusement sur des sous porteuses OFDM. Un convertisseur série-parallèle (S/P), forme ainsi un bloc de N symboles modulés.
[0067] Plus précisément, les de tailles identiques séquences de N symboles codant les mots à transmettre sont entrelacées de manière périodique et régulière dans un premier vecteur de taille K = q*N dans lequel sont arrangés les éléments Cp [n] des ? séquences Cp associées aux q mots à transmettre.
[0068] Il est ainsi proposé d’intercaler les éléments des <7 séquences dans un vecteur de taille K = q*N selon une loi d’entrelacement périodique selon laquelle un élément d’une séquence S avec n G [0; A - 1] et i e [0; q - 1] occupe le rang r = i*K + n dans le vecteur entrelacé.
[0069] La figure 3 montre un exemple d’un tel entrelacement de 3 séquences CCSK CpQ, Cp . C p de N symboles dans un vecteur 300 de taille K=3*N en vue d’une transmission sur K sous-porteuses OFDM.
[0070] L’entrelacement peut par exemple être réalisé en utilisant une matrice dans laquelle les séquence Cp. sont écrites sur des lignes successives, le vecteur étant constitué par concaténation du contenu des colonnes de la matrice.
[0071] Selon un mode particulier de réalisation, la distribution particulière des N éléments d’une séquence sur les K sous-porteuses OFDM définit un groupe de transmission, les mots binaires composant un paquet de données particulier étant transmis au sein d’un ou plusieurs groupes de transmission particuliers sur une pluralité de symboles OFDM successifs.
[0072] Par exemple, en référence à la [Fig.1] :
- l’emplacement des éléments Al, A2, A3 et A4 de la séquence A définit un premier groupe de transmission,
- l’emplacement des éléments Bl, B2, B3 et B4 de la séquence B définit un deuxième groupe de transmission, et
- l’emplacement des éléments Cl, C2, C3 et C4 de la séquence C définit un troisième groupe de transmission.
[0073] Il est ainsi proposé que les mots binaires composant un même paquet de données à transmettre soient transmis au sein d’un même groupe dans des symboles OFDM successifs. En pratique, les 3 groupes de transmission définis par la distribution respective des bribes appartenant aux 3 séquences représentées sur la [Fig.l] forment 3 canaux de transmission série respectivement affectés à la transmission de trame d’information distinctes.
[0074] A l’étape 202, une Transformée de Fourrier Discrète Inverse (IDFT pour Inverse Discrete Fourrier Transform en anglais) est appliquée au vecteur créé à l’étape 201 pour obtenir un vecteur d’échantillons C[n], avec n e [0; K - 1],
[0075] A l’étape 203, le vecteur d’échantillons issu de l’IDFT est sérialisé par un convertisseur parallèle-série pour obtenir un symbole OFDM {C[ n]} transmis sur K sous porteuses après ajout d’un préfixe cyclique (CP, pour Cyclic Prefix).
[0076] On note que d’un point de vue spectral, la première moitié du vecteur C[n] et la deuxième moitié du vecteur C[n] sont inversées par T IDFT. Autrement dit, un vecteur [a ; b ; c ; d] sera transmis sous la forme [c ; d ; a ; b]. Cela n’a pas d’implication particulière dans le cadre de la présente invention car la DFT produit la transformation inverse côté récepteur. Toutefois, on peut envisager une étape d’inversion (ou « swap » en anglais) au cours de laquelle les bribes sont réorganisées pour que d’un point de vue spectral, la position des bribes sur les sous-porteuses reflète l’organisation du vecteur C[n]. Bien entendu, le procédé de réception comprend alors également une étape d’inversion correspondante.
[0077] La figure 4 illustre les étapes d’un procédé de réception d’au moins Q mots binaires, Q
> 1, transmis selon le procédé de transmission décrit ci-avant en référence à la [Fig.2], selon un mode particulier de réalisation.
[0078] Lors d’une première étape 400, un symbole OEDM est reçu sur K sous porteuses et placé dans un vecteur y[ ] de K éléments par un convertisseur série-parallèle S/P. Le symbole correspond ici à un symbole OEDM transmis selon le procédé de transmission décrit ci-avant, dans lequel mots binaires noté Pi avec i e [0; q - 1] et
> 1, sont transmis sous la forme de séquences CCSK entrelacées selon une loi d’entrelacement périodique conforme à la description qui en a été faite précédemment en référence aux figures 1 et 3.
[0079] Les K bribes {y [ 0], y[ 1], . .. 2], y [ K - 1]} sont ainsi reçues sur K sous porteuses OFDM et placées dans un premier vecteur de K éléments par un convertisseur série-parallèle S/P auquel une Transformée de Fourrier Discrète (DFT, pour Discrete Fourrier Transform en anglais) est appliquée à l’étape 401, après suppression du préfixe CP-OFDM. À Tissue de l’étape 401, on obtient un deuxième vecteur de taille K noté r sur la figure 4 comprenant les ? séquences CCSK entrelacées.
[0080] Lors de l’étape 402, les séquences CCSK entrelacées du vecteur r sont démodulées à l’aide d’au moins une séquence racine identique à celle utilisée pour moduler les données lors de la transmission. Pour cela, un calcul de corrélation croisée est effectué.
[0081] Selon un mode de réalisation particulier, le calcul de corrélation est réalisé à l’aide d’une séquence de corrélation obtenue à partir d’une séquence racine de taille N à partir de laquelle au moins un mot binaire transmis a été modulé, ladite séquence racine étant sur-échantillonnée au rang K.
[0082] Plus précisément, la séquence racine est sur-échantillonnée au rang K avec une méthode de « zéro-padding », c’est-à-dire sans interpolation, en insérant des termes nuis entre les échantillons de façon à passer d’une séquence de taille N à une séquence de taille K. La figure 5 représente une telle séquence de corrélation 500 obtenue à partir d’une séquence racine de taille N sur-échantillonnée au rang K selon cette méthode : des zéros sont régulièrement insérés entre les échantillons Q[Z], avec i E [0; N - 1] de la séquence racine pour l’étendre à K éléments.
[0083] Pour chaque décalage cyclique de la séquence racine sur-échantillonnée, un calcul de corrélation est effectué avec le deuxième vecteur r. Autrement dit, la démodulation s’effectue par une corrélation croisée avec une séquence racine sur-échantillonnée, l’emplacement du maximum de corrélation indiquant l’information modulée via un mapping inverse. De cette façon, on obtient les résultats de corrélation de toutes les séquences CCSK en un seul cycle d’opérations de corrélation sous la forme d’un vecteur 501 noté .[ n] .
[0084] Prenons par exemple deux séquences CCSK à transmettre [a ; b ; c ; d ] et [ c ; d ; a ; b ] correspondant respectivement aux mots binaires ‘00’ et ’ 10’ selon le schéma de codage pris pour exemple en introduction. Les séquences sont entrelacées et transmises selon le procédé de transmission décrit ci-avant, de sorte que la séquence de symboles complexes reçue est [a ; c ; b ; d ; c ; a ; d ; b].
[0085] La séquence racine [a ; b ; c ; d] est alors sur-échantillonnée au rang 8 pour donner la séquence [a ; 0 ; b ; 0 ; c ; 0 ; d ; 0]. [0086] On calcule alors un score de corrélation entre la séquence reçue et chacun des 8 décalages possibles de la séquence racine. Les maximums de corrélation fournissent les résultats normalisés [1 ; 0 ; 0 ; 0] et [0 ; 0 ; 1 ; 0] une fois sous-échantillonnés au rang N, correspondants aux mots binaires ‘00’ et ‘10’ transmis.
[0087] Si l’entrelacement des séquences transmises permet une démodulation facilitée par l’utilisation d’une séquence racine sur-échantillonnée, cet arrangement particulier des bribes sur les sous porteuses OFDM présente d’autres avantages, notamment en cas de mauvaise synchronisation temporelle ou fréquentielle.
[0088] En cas de mauvaise synchronisation fréquentielle, l’ensemble du spectre (et donc des sous-porteuses) se retrouve décalé dans une direction. Par repliement de spectre (ou aliasing en anglais), la partie du spectre quittant la bande d’échantillonnage se retrouve finalement transposée vers les fréquences opposées, de sorte qu’un offset positif en fréquence va transposer une partie du spectre vers les fréquences négatives et inversement. Une illustration du principe est proposée sur la [Fig.6] .
[0089] La [Fig.6] montre une séquence [a ; b ; c ; d] dont les 4 bribes sont respectivement transmises sur 4 sous-porteuses OFDM (600). Lorsque le décalage en fréquence correspond à un nombre entier d’écart inter-porteuses (dans l’exemple de la [Fig.6], +1 écart inter-porteuse), la séquence se trouve décalée vers le haut du spectre (601). A cause du phénomène de repliement de spectre, la séquence transmise [a ; b ; c ; d] est finalement reçue (602) sous la forme d’une séquence [d ; a ; b ; c].
[0090] Il est d’usage en OFDM de considérer la valeur normalisée de l’offset en fréquence fQ par rapport à l’écart inter-porteuses A y. On note ainsi y = A y avec . l’offset entier et f l’offset fractionnel. L’offset entier représente le décalage en fréquence d’un nombre entier d’écart inter-porteuses. L’offset fractionnel représente ce qui reste, soit une fraction de l’écart inter-porteuses, de sorte que f [ - 0 5 0 5]-
[0091] En supposant que l’offset fractionnel f soit nul, un nombre entier de sous-porteuse correspondant à l’offset entier /. subit donc F aliasing. Dans le cadre de la modulation CCSK, cela va se traduire par un décalage de la séquence transmise, comme décrit en référence à la [Fig.6].
[0092] Une démodulation décalée permet alors de retrouver un mot binaire transmis.
[0093] Un problème particulier se pose lorsque plusieurs mots binaires sont transmis dans un même symbole OFDM et que l’offset entier est supérieur à un écart inter-porteuses.
[0094] La [Fig.7] montre 3 séquences CCSK de 4 bribes arrangées séquentiellement dans un premier vecteur 700 pour être transmises dans un même symbole OFDM. Les séquences [a ; b ; c ; d], [c ; d ; a ; b] et [b ; c ; d ; a] sont respectivement associées aux mots binaires ‘00’, ‘10’ et ‘11’ selon la convention de codage définie en introduction.
[0095] La [Fig.7] montre également un deuxième vecteur 701 reçu avec une désynchro- nisation fréquentielle d’un offset entier égal à un écart inter-sous porteuse. La bribe ‘a’ de la séquence [b ; c ; d ; a] située à l’extrémité supérieure du vecteur 700 se retrouve alors à l’autre extrémité du vecteur 701 du fait de l’aliasing. Une fois séparées, les séquences décalées [a ; a ; b ; c], [d ; c ; d ; a] et [b ; b ; c ; d] sont démodulées et permettent respectivement d’obtenir les mots binaires ‘01’, ‘11’, et ‘00’, mais à partir d’un score de corrélation non optimal. On constate que les mots binaires correspondant aux séquences sont décalés de la même manière que les séquences, et qu’il est dès lors possible de réaliser une démodulation décalée.
[0096] Cependant, lorsque qu’un décalage plus important affecte le vecteur en réception, il n’est plus possible de démoduler les séquences transmises. La [Fig.7] montre un troisième vecteur 702 reçu avec une désynchronisation fréquentielle d’un offset entier égal à deux écarts inter-sous porteuse. Cette fois, les deux bribes ‘d’ et ‘a’ de l’extrémité supérieure du vecteur 800 se retrouvent déplacées à l’autre extrémité du vecteur. Une fois séparées, les 3 séquences résultant de ce décalage, [d ; a ; a ; b], [c ; d ; c ; d] et [a ; b ; b ; c] ne peuvent plus être démodulées car il n’est plus possible de trouver un maximum de corrélation pour les séquences transmises. Une démodulation décalée n’est pas possible.
[0097] La [Fig.8] montre un premier vecteur 800 dans lequel sont arrangées 3 séquences de 4 bribes selon une loi d’entrelacement périodique décrite précédemment pour être transmises dans un même symbole OFDM. Les séquences [a ; b ; c ; d], [c ; d ; a ; b] et [b ; c ; d ; a] sont respectivement associées aux mots binaires ‘00’, ‘10’ et ‘11’ selon la convention de codage définies en introduction et entrelacées dans le vecteur 800.
[0098] La [Fig.8] montre également un deuxième vecteur 801 reçu avec une désynchronisation fréquentielle d’un offset entier égal à un écart inter-sous porteuse. La bribe ‘a’ située à l’extrémité supérieure du vecteur 800 se retrouve alors à l’autre extrémité du vecteur 801 du fait de l’aliasing.
[0099] La [Fig.8] montre enfin un troisième vecteur 802 reçu avec une désynchronisation fréquentielle d’un offset entier égal à deux écarts inter-sous porteuses. Les deux bribes ‘b’ et ‘a’ de l’extrémité supérieure du vecteur 800 se retrouvent déplacées à l’autre extrémité du vecteur 802.
[0100] Sur la [Fig.8], on a représenté 3 groupes de transmission notés A, B et C. Ces groupes sont définis pour correspondre aux emplacements des séquences CCSK entrelacées dans le vecteur transmis noté 800 sur la figure. Les groupes correspondent ainsi à des emplacements fixes dans les vecteurs 800, 801 et 802.
[0101] Dans le vecteur 800, le groupe A comprend la séquence [b ; c ; d ; a], le groupe B la séquence [c ; d ; a ; d] et le groupe C la séquence [b ; c ; d ; a].
[0102] Dans le vecteur 801, le groupe A comprend la séquence [c ; d ; a ; b], le groupe B la séquence [a ; b ; c ; d] et le groupe C la séquence [a ; b ; c ; d]. [0103] Dans le vecteur 802, le groupe A comprend la séquence [a ; b ; c ; d], le groupe B la séquence [a ; b ; c ; d] et le groupe C la séquence [b ; c ; d ; a].
[0104] On constate que, contrairement à l’exemple décrit en référence à la [Fig.7], l’agencement particulier des séquences dans le vecteur initialement transmis permet toujours de déterminer un pic de corrélation dans les séquences reçues au sein de chaque groupe, quel que soit le décalage subit en réception.
[0105] On constate en outre que pour un décalage selon un offset en fréquence égal à un (1) écart entre sous-porteuses, toutes les sous-porteuses sont décalées d’une position. La position des groupes ne change pas, ce sont les séquences qui bougent entre les groupes. Ainsi, le groupe B récupère la séquence transmise dans le groupe C. Le groupe A récupère la séquence transmise dans le groupe B. Le groupe C récupère la séquence transmise dans le groupe A, décalée cycliquement d’une position.
[0106] En cas de décalage dû à un offset en fréquence égale à 2 écarts inter-sous-porteuses, la même logique s’applique comme on peut l’observer sur le vecteur 802. Toutes les sous-porteuses sont ainsi décalées d’une position supplémentaire et la séquence récupérée par le groupe C subit une rotation cyclique due à 1’ aliasing.
[0107] Parce que certaines séquences transmises dans le symbole OFDM subissent une rotation cyclique alors que d’autres n’en subissent pas, il n’est pas possible de réaliser une démodulation décalée sur l’ensemble de symbole OFDM. Il faudrait pour cela que toutes les séquences soient décalées de la même façon. En revanche, toutes les séquences transmises dans un même groupe dans des symboles OFDM successifs subissent le même décalage cyclique : il est dès lors possible de réaliser une démodulation décalée en considérant chaque groupe de manière indépendante.
[0108] Ainsi, l’étape de démodulation comprend une sous étape d’identification d’au moins un groupe de transmission dans un symbole OFDM reçu, un groupe de transmission étant défini par une distribution particulière des N éléments d’une séquence CCSK sur les K sous-porteuses OFDM, les mots binaires composant un paquet de données particulier étant transmis au sein d’un ou plusieurs groupes de transmission particuliers sur une pluralité de symboles OFDM successifs.
[0109] En pratique, les données appartenant à une même trame d’information sont transmises en série sur un ou plusieurs mêmes groupes de transmission par une pluralité de séquences CCSK transmises successivement par une pluralité de symboles OFDM successifs.
[0110] Ees séquences transmises successivement sur un groupe de transmission particulier étant affectées d’un même décalage cyclique dû à une mauvaise synchronisation fré- quentielle, il est alors possible de réaliser une démodulation décalée des données reçues sur ce groupe, le décalage étant par exemple déterminé en vérifiant l’intégrité de la trame reçue. [0111] Il est ainsi possible de retrouver l’ensemble des mots binaires d’une même trame en venant tester les différents décalages possibles issus de la démodulation. En utilisant un mécanisme vérifiant l’intégrité de la trame, par exemple à l’aide d’un contrôle de redondance cyclique (CRC pour Cyclic Redundancy Check en anglais), il est possible d’identifier la trame transmise. Plus précisément, il est proposé de vérifier l’intégrité de la trame pour chaque décalage cyclique, de sorte qu’un contrôle d’intégrité positif permet de connaître le décalage subit par le symbole OFDM et retrouver les séquences transmises.
[0112] Lors d’une étape 403, les mots binaires correspondant aux pics de corrélation déterminés à l’étape 402 sont réordonnées et transmis aux couches applicatives. Les scores de corrélation pour chaque séquence étant également entrelacés, comme on peut le voir sur la [Fig.5], il est nécessaire de les désentrelacer en séparant les scores de corrélation de chaque séquence. Le pic de corrélation maximum est ensuite obtenu pour chaque séquence par calcul d’un argument maximum (argmax). La position du pic de corrélation obtenue permet la démodulation en déterminant le mot binaire qui correspond à ce maximum.
[0113] Le principe de démodulation décalée tire parti du fait que lorsque toutes les séquences reçues sont décalées cycliquement d’une même valeur, ou de manière équivalente, si tous les pics de corrélations sont décalés d’une même valeur, alors tous les mots binaires démodulés seront également décalés de cette valeur. L’entrelacement proposé et la transmission des données par groupe permet de conserver cet avantage en présence d’une mauvaise synchronisation fréquentielle même lorsque plusieurs séquences CCSK sont transmises dans un même symbole OFDM.
[0114] La figure 9 illustre l’architecture d’un dispositif 900 adapté pour mettre en œuvre le procédé de transmission de mots binaires selon un mode particulier de réalisation de l’invention.
[0115] Le dispositif 900 comprend un module de traitement de données comprenant un espace de stockage 901, par exemple une mémoire (MEM), une unité de traitement 902, équipée par exemple d'un microprocesseur (PROC), et pilotée par un programme d'ordinateur (PGR) 903 dont les instructions sont configurées pour mettre en œuvre le procédé de transmission tel que décrit précédemment en relation avec la [Fig.2].
[0116] A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur 903 sont par exemple chargées dans la mémoire 901 avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 902. Le microprocesseur de l'unité de traitement 902 met en œuvre, selon les instructions du programme d'ordinateur 903, les étapes du procédé de transmission de ? mots binaires, q > 1, sur un canal de transmission radiofréquence OFDM, et notamment l’étape de modulation dans laquelle un mot binaire P i à transmettre, avec i G [ 0; q - 1 ] , est associé à une séquence particulière Cp de taille N obtenue par décalage cyclique d’une séquence racine, l’étape de création d’un premier vecteur de taille K =q*N dans lequel sont entrelacés périodiquement les N éléments Cp n ] , avec n E [0; N - l]des ? séquences Cp associées aux Q mots à transmettre, l’étape d’obtention d’un deuxième vecteur de K éléments par application d’une Transformée de Fourrier Discrète Inverse (IDFT) audit premier vecteur, et l’étape de transmission par un transmetteur radiofréquence de chaque élément du deuxième vecteur sur une sous-porteuse OFDM particulière.
[0117] Pour cela, le dispositif 900 comprend une unité de modulation CCSK 904 configurée pour moduler Q mots binaires sous la forme de séquences de N bribes. Pour cela, l’unité de modulation 904 peut être mise en œuvre par des instructions de programme d’ordinateur configurées pour associer un mot binaire à transmettre de taille p bits avec une séquence de bribes particulière de taille N = 2P bribes obtenue par rotation cyclique d’une séquence racine particulière de taille N, de sorte qu’un mot binaire donné est toujours associé à une version de la séquence racine obtenue par l’application d’un décalage cyclique particulier appliqué à ladite séquence racine. Selon une réalisation particulière, l’unité de modulation 904 utilise une séquence racine présentant une fonction d’autocorrélation parfaite, par exemple, une séquence Zadoff-Chu, ou une M- séquence.
[0118] Le dispositif 900 comprend également une unité de parallélisation 905 configurée pour positionner dans un vecteur les K = q*N bribes issues de la modulation des <7 mots binaires par l’unité de modulation CCSK 904. Dans une réalisation particulière, l’unité de parallélisation 905 est mise en œuvre par des instructions de programme adaptées pour entrelacer périodiquement les séquences produites par l’unité de modulation. Pour cela, l’unité de parallélisation peut disposer chacune des séquences de N bribes sur différentes lignes d’une matrice de N colonnes et ? lignes, de sorte que les bribes de même indice soient alignées verticalement, et concaténer dans un vecteur de sortie les éléments de la matrice selon une lecture en colonne, le contenu des colonnes d’indice 0 à N-l étant ajoutés séquentiellement dans ledit vecteur. L’unité 905 est ainsi configurée pour réaliser un mapping (ou une distribution) des K bribes sur K sous porteuses.
[0119] Selon un mode particulier de réalisation, la distribution particulière des N bribes d’une séquence CCSK particulière sur les K sous-porteuses définit un groupe de transmission, les mots binaires à transmettre appartenant à Q paquets de données distincts, les mots binaires composant un paquet de données particulier étant transmis au sein d’au moins un groupe de transmission particulier sur une pluralité de symboles OFDM successifs.
[0120] Le dispositif 900 comprend aussi une unité de calcul d’une transformée de fourrier discrète inverse IDFT 906. L’unité de calcul IDFT 906 est par exemple mise en œuvre par des instructions de programme d’ordinateur configurées pour prendre en paramètre le vecteur généré par le module de parallélisation 905 et générer en retour un vecteur de même taille comprenant les échantillons calculés par une transformée de fourrier inverse discrète IDFT. Les instructions implémentent par exemple un algorithme IFFT (Inverse Fast Fourrier Transform). Ainsi, le vecteur généré par l’unité de parallélisation, considéré comme une séquence complexe dans le domaine de la fréquence, est transformée dans le domaine du temps par l’unité de calcul IDFT.
[0121] Le dispositif 900 en outre comprend une unité de sérialisation 907 adaptée pour générer un symbole OFDM apte à être transmis à destination d’un récepteur par des moyens de communication radiofréquence 908. L’unité de sérialisation 907 est par exemple mis en œuvre par des instructions de programme d’ordinateur configurées pour convertir la sortie du transformateur de Fourier inverse 906 en la faisant passer d'un signal de données parallèle à un signal de données série. Dans un mode de réalisation particulier, l’unité de sérialisation peut en outre être configurée pour ajouter un préfixe cyclique (CP) au symbole OFDM. La séquence ainsi formée, passe par un convertisseur numérique-analogique pour construire un signal analogique en bande de base apte à être transmis par les moyens de communication RF.
[0122] Les moyens de communication radiofréquence 908 correspondent par exemple à une interface WiFi®, 3G, 4G, 5G, ou tout autre moyen de transmission adapté pour transmettre un signal sur une pluralité de sous porteuses.
[0123] Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de transmission 900 est intégré dans un équipement utilisateur (UE), un objet connecté (loT), tel qu’un capteur ou une unité radio d’une station de base.
[0124] La figure 10 illustre l’architecture d’un dispositif 1000 adapté pour mettre en œuvre le procédé de réception de mots binaires décrit ci-dessus en référence à la [Fig.4], selon un mode particulier de réalisation.
[0125] Le dispositif 1000 comprend un module de traitement de données comprenant un espace de stockage 1001, par exemple une mémoire (MEM), une unité de traitement 1002, équipée par exemple d'un microprocesseur (PROC), et pilotée par le programme d'ordinateur (PGR) 1003 dont les instructions sont configurées pour mettre en œuvre le procédé de réception tel que décrit précédemment en relation avec la [Fig.4].
[0126] A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur 1003 sont par exemple chargées dans la mémoire 1001 avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 1002. Le microprocesseur de l'unité de traitement 1002 met en œuvre, selon les instructions du programme d'ordinateur 1003, les étapes du procédé de réception de <7 mots binaires, avec ? > 1, transmis sur un canal de transmission OFDM, chaque mot binaire Pj, avec i e [0; q - 1], étant associé pour la transmission à une séquence particulière Cp. de taille N obtenue par rotation cyclique d’une même séquence racine, et notamment les étapes de réception d’un symbole OFDM sur K = q*N sous-porteuses, d’obtention d’un vecteur de K éléments par application d’une Transformée de Fourrier Discrète au symbole OFDM reçu, le vecteur comprenant q séquences Cp. particulières de taille N entrelacées périodiquement, de sur-échantillonnage d’une séquence racine de taille N au rang K par insertion régulière de termes intermédiaires nuis entre les N éléments de la séquence racine, et de détermination des mots binaires reçus par calcul d’une corrélation entre la séquence racine sur-échantillonnée et le vecteur obtenu.
[0127] Pour cela, outre l’unité de traitement 1002 et la mémoire 1001, le dispositif de réception 1000 comprend des moyens de communication radiofréquence 1004, par exemple un récepteur WiFi®, 3G, 4G, 5G, ou tout autre récepteur adapté pour recevoir un signal OFDM. Les moyens de communication 1004 sont configurés pour transposer le signal analogique reçu par le récepteur RF en bande de base et extraire le préfixe cyclique. Un convertisseur analogique numérique permet d’obtenir une séquence d’échantillons.
[0128] Le dispositif 1000 comprend en outre un module de parallélisation 1005 adapté pour convertir la séquence d’échantillons reçue par le récepteur radiofréquence 1004 en un signal de données parallèle. Le module 1005 est par exemple mis en œuvre par des instructions de programme adaptées pour générer un vecteur comprenant K bribes reçues sur K sous-porteuses OFDM par le récepteur RF 1004.
[0129] Le dispositif 1000 comprend également un module 1006 de calcul d’une transformée de Fourrier discrète (DFT). Le module 1006 peut être mis en œuvre par des instructions de programme d’ordinateur adaptées pour calculer une DFT à partir du vecteur de K échantillons généré par le module de parallélisation 1005 et produire un deuxième vecteur de taille K comprenant q séquences CCSK entrelacées dont les bribes sont transformées dans le domaine de la fréquence.
[0130] Le dispositif 1000 aussi comprend une unité de démodulation 1007 adaptée pour démoduler les séquences CCSK reçues par calcul d’une corrélation croisée avec une séquence racine particulière. Le module 1007 peut être mis en œuvre par des instructions de programme d’ordinateur configurées pour obtenir une séquence racine de taille N utilisée pour moduler les mots binaires lors de la transmission (la séquence racine est par exemple préconfigurée, ou transmises au préalable de la transmission), et sur-échantillonner cette séquence racine au rang K. Plus précisément, les instructions de programme sont configurées pour suréchantillonner la séquence racine selon une technique de « zéro-padding » de sorte qu’elle atteigne une taille K par insertion de termes nuis entre les échantillons formant la séquence initiale et effectuer un calcul de corrélation entre le vecteur produit par le module DFT 1006 et chaque décalage cyclique particulier de la racine sur-échantillonnée pour identifier un mot binaire transmis selon la position d’un maximum de corrélation.
[0131] Dans une réalisation particulière, le module de démodulation 1007 est configuré pour identifier au moins un groupe de transmission dans le vecteur généré par le module de calcul DFT, un groupe de transmission étant défini par une distribution particulière des N bribes d’une séquence CCSK dans le vecteur, les q séquences CCSK modulant des mots binaires appartenant à q paquets de données distincts, les mots binaires composant un paquet de données particulier étant transmis au sein d’un groupe de transmission particulier sur une pluralité de symboles OFDM successifs. Dans un mode particulier de réalisation, les associations entre les paquets de données et les groupes de transmission sont transmis au préalable par tout moyen adapté.
[0132] Le dispositif 1000 comprend enfin un module 1008 d’obtention des mots binaires transmis. Le module 1008 est par exemple mis en œuvre par des instructions de code configurées pour désentrelacer les scores de corrélation obtenus par le module 1007 pour chaque séquence, pour calculer un argument maximum (argmax) permettant d’obtenir le pic de corrélation maximum pour chaque séquence, et déterminer le mot binaire qui correspond à ce maximum.
[0133] Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif de réception est intégré dans un équipement utilisateur (UE), comme un téléphone mobile, un objet connecté ou une station de base.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de transmission de 7 mots binaires, avec q > 1, au travers un canal de transmission OFDM, le procédé comprenant :
- Une étape (200) de modulation dans laquelle un mot binaire Pi à transmettre avec i e [ 0; q - 1 ] est associé à une séquence particulière Cp de taille N obtenue par décalage cyclique d’une séquence racine,
- Une étape (201) de création d’un premier vecteur de taille K = q*N dans lequel sont entrelacés périodiquement les N éléments C [n] , avec n E [0; TV - 1] des ? séquences Cp. associées aux mots à transmettre,
- Une étape (202) d’obtention d’un deuxième vecteur de K éléments par application d’une Transformée de Fourrier Discrète Inverse audit premier vecteur,
- Une étape (203) de transmission sur K sous-porteuses OFDM d’un symbole OFDM représentatif des K éléments du deuxième vecteur.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 dans la séquence racine présente une fonction d’autocorrélation parfaite.
[Revendication 3] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel une distribution particulière des N éléments composant une séquence sur les K sous-porteuses OFDM définit un groupe de transmission, les mots binaires appartenant à un même paquet de données particulier étant transmis au sein d’au moins un même groupe de transmission particulier sur une pluralité de symboles OFDM successifs.
[Revendication 4] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les mots binaires à transmettre comprennent au moins un premier mot destiné à un premier équipement utilisateur et un deuxième mot destiné à un deuxième équipement utilisateur, les premier et deuxième mots étant respectivement associés à une première et une deuxième séquence particulière respectivement obtenues par décalage cyclique d’une première et une deuxième séquence racine de taille TV, les première et deuxième séquences racines étant faiblement corrélées entre elles et respectivement associées au premier et deuxième équipement utilisateur.
[Revendication 5] Dispositif de transmission de mots binaires au travers un canal de transmission OFDM, avec q > 1, le dispositif comprenant émetteur radiofréquence (908) et un processeur (902) couplé à une mémoire (901) dans laquelle sont enregistrées des instructions (903) adaptées pour configurer le processeur (902) et l’émetteur (908) afin de mettre en œuvre les étapes suivantes :
- Une étape de modulation dans laquelle un mot binaire Pi, avec i E [ 0; r/ - 1 ] à transmettre est associé à une séquence particulière Cp. de taille N obtenue par décalage cyclique d’une séquence racine,
- Une étape de création d’un premier vecteur de taille K = q*N dans lequel sont entrelacées périodiquement éléments Cp [n], avec n E [0; N - l] des q séquences Cp. associées aux ? mots à transmettre,
- Une étape d’obtention d’un deuxième vecteur de K éléments par application d’une Transformée de Fourrier Discrète Inverse audit premier vecteur,
- Une étape de transmission sur K sous-porteuses OFDM d’un symbole OFDM représentatif des K éléments du deuxième vecteur.
[Revendication 6] Procédé de réception de < mots binaires, avec q > 1, transmis sur un canal de transmission OFDM, chaque mot binaire Pi, avec i E [ 0; q - 1 ], étant associé pour la transmission à une séquence particulière Cp. de taille N obtenue par décalage cyclique d’une séquence racine, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- Réception (400) d’un symbole OFDM sur K = q*N sous- porteuses,
- Obtention (401) d’un vecteur de K éléments par application d’une Transformée de Fourrier Discrète au symbole OFDM reçu, le vecteur comprenant ? séquences Cp. particulières de taille N entrelacées périodiquement,
- Calcul (402) d’une corrélation croisée entre le vecteur obtenu et une séquence racine de taille N sur-échantillonnée au rang K par insertion régulière de termes intermédiaires nuis entre les N éléments de la séquence racine, Détermination (403) des mots binaires reçus selon le résultat de la corrélation.
[Revendication 7] Procédé selon la revendication 6 dans la séquence racine présente une fonction d’autocorrélation parfaite
[Revendication 8] Procédé de réception selon l’une quelconque des revendication 6 à 7 tel qu’il comprend une étape d’identification d’au moins un premier et un deuxième groupe de transmission dans un symbole OFDM reçu, un groupe de transmission étant défini par une distribution particulière des N éléments d’une séquence Cp. sur les K sous-porteuses OFDM, les séquences définissant ? groupes de transmission sur une succession de symboles OFDM, les premier et deuxième groupes de transmission étant respectivement associés à un premier et un deuxième paquet de données sur une pluralité de symboles OFDM successifs.
[Revendication 9] Procédé de réception selon l’une quelconque des revendication 6 à 8 dans lequel les Q mots binaires comprennent au moins un premier mot destiné à un premier équipement utilisateur et un deuxième mot destiné à un deuxième équipement utilisateur, les premier et deuxième mots étant respectivement associés à une première et une deuxième séquence particulière respectivement obtenues par décalage cyclique d’une première et une deuxième séquence racine de taille N, les première et deuxième séquences racines étant faiblement corrélées entre elles et respectivement associées au premier et deuxième équipement utilisateur, le procédé comprenant une étape de détermination d’une séquence destinée à un récepteur particulier par calcul d’une corrélation croisée entre une séquence racine associée audit récepteur suréchantillonnée au rang K.
[Revendication 10] Dispositif de réception de mots binaires, avec q > 1, transmis sur un canal de transmission OFDM, chaque mot binaire Pi, avec i E [Q, q - 1], étant associé pour la transmission à une séquence particulière Cp de taille N obtenue par rotation cyclique d’une même séquence racine, le dispositif comprenant un récepteur radiofréquence (1004) et un processeur (1002) couplé à une mémoire (1001) dans laquelle sont enregistrées des instructions (1003) adaptées pour configurer le processeur (1002) et le récepteur (1004) afin de mettre en œuvre les étapes suivantes : - Réception d’un symbole OFDM sur K = q*N sous-porteuses,
- Obtention d’un vecteur de K éléments par application d’une Transformée de Fourrier Discrète au symbole OFDM reçu, le vecteur comprenant séquences Cp. particulières de taille N entrelacées périodiquement,
- Calcul d’une corrélation croisée entre le vecteur obtenu et une séquence racine de taille N sur-échantillonnée au rang K par insertion régulière de termes intermédiaires nuis entre les N éléments de la séquence racine, et
- Détermination des mots binaires reçus par calcul d’une corrélation entre la séquence racine sur-échantillonnée et le vecteur obtenu.
[Revendication 11] Système de communication comprenant un dispositif de transmission selon la revendication 5 et un dispositif de réception selon la revendication 10.
[Revendication 12] Produit programme d’ordinateur comportant des instructions adaptées à la mise en œuvre des étapes d'un procédé de transmission selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 et/ou d’un procédé de réception selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, lorsque le programme est exécuté par un processeur.
[Revendication 13] Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution d'un procédé de transmission selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 et/ou d’un procédé de réception selon l’une quelconque des revendications 6 à 9.
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