WO2021214415A1 - Procédé de synchronisation d'un signal comprenant une pluralité de chirps, produit programme d'ordinateur et dispositif correspondants - Google Patents

Procédé de synchronisation d'un signal comprenant une pluralité de chirps, produit programme d'ordinateur et dispositif correspondants Download PDF

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WO2021214415A1
WO2021214415A1 PCT/FR2021/050705 FR2021050705W WO2021214415A1 WO 2021214415 A1 WO2021214415 A1 WO 2021214415A1 FR 2021050705 W FR2021050705 W FR 2021050705W WO 2021214415 A1 WO2021214415 A1 WO 2021214415A1
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WO
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time
synchronization information
signal
frequency
fractional
Prior art date
Application number
PCT/FR2021/050705
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Inventor
Guillaume Ferre
Mohamed Amine BEN TEMIN
Original Assignee
Universite de Bordeaux
Institut Polytechnique De Bordeaux
Centre National De La Recherche Scientifique
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Publication date
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    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
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    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B2001/6912—Spread spectrum techniques using chirp

Definitions

  • TITLE Method for synchronizing a signal comprising a plurality of corresponding chirps, computer program product and device.
  • the field of the invention is that of data transmission via the use of a so-called “chirp” waveform.
  • the invention relates more particularly to a method of synchronizing such a waveform.
  • Such a waveform is used for data transmission via communication links of different kinds, e.g. acoustics, radio frequency, etc.
  • the LoRa® technology dedicated to low-power transmission by objects connected via a radiofrequency link uses such a waveform.
  • the invention thus has applications, in particular, but not exclusively, in all areas of personal and professional life in which connected objects are present, for example in the fields of health, sport, domestic applications. (security, household appliances, etc.), object tracking, etc.
  • patent EP 2449690 B1 describes an information transmission technique, on which the LoRa ® technology is based.
  • the first feedback comes from unsatisfactory user experiences linked to the limited performance of the radio link in real conditions.
  • the modulation used appears to be sensitive to the synchronization of the receiver, in particular to the time synchronization.
  • a time synchronization must remain precise even in the presence of a frequency shift, eg between the carrier frequency of the received signal and the local oscillator generating the signal used for the frequency transposition of the received signal.
  • the synchronization of such a waveform often requires the implementation of a joint estimation of the time and frequency synchronization parameters, which may require a significant calculation load.
  • the patent document US 2014/064337 A1 for example implements a known correlation-based method in order to obtain such synchronization information.
  • a method for synchronizing a signal received by a communication receiver on the basis of the estimation of at least one piece of signal synchronization information.
  • the signal comprises a plurality of chirps among M chirps.
  • a s-th chirp among the M chirps is associated with a modulation symbol of rank s of the constellation of M symbols, s being an integer from 0 to M-1.
  • the s-th chirp results from a modulation of a basic chirp whose instantaneous frequency varies between a first instantaneous frequency and a second instantaneous frequency for a symbol time T.
  • Such a method comprises, for a portion of the signal representative of at least one chirp of the plurality of chirps, the following steps implemented by a synchronization device (for example included in the communication receiver): an estimate of a first time synchronization information representative of a time offset of the signal with respect to a given time reference; an estimate, implementing the first time synchronization information item, of fractional frequency synchronization information representative of a frequency shift of the signal with respect to a given frequency reference moduio the inverse of the symbol time T; and an estimate, using the fractional frequency synchronization information, of at least one second temporal synchronization information representative of a time offset of the signal with respect to the given time reference.
  • a synchronization device for example included in the communication receiver
  • the portion of the signal comprises a plurality of successive elementary portions of duration T starting at an instant which is a function of the first time synchronization information.
  • the estimation of the fractional frequency synchronization information implements the calculation of a phase, called the correlation phase, of a correlation value between, of a on the one hand, the signal considered on one of the elementary portions of the pair and, on the other hand, the signal considered on the other of the elementary portions of the pair, the fractional frequency synchronization information being a function of the correlation phase.
  • the estimation of said at least one second time synchronization information item comprises a derotation of the portion of the signal as a function of the fractional frequency synchronization information supplying a portion of the signal which is partly resynchronized in frequency.
  • the invention proposes a new and inventive solution for estimating the time synchronization parameters without there being any need to precisely estimate the set of frequency synchronization parameters.
  • the fractional part of the frequency shift of the signal with respect to the given frequency reference considered eg the frequency of a radiofrequency synthesizer generating a carrier used for the transposition into frequency of the signal considered, or the frequency of a clock of reference, etc.
  • the first estimate of the time shift of the signal with respect to the given time reference considered eg a given edge (rising or falling) of a reference clock, of a clock d 'signal sampling, etc.
  • the time synchronization parameters are estimated without taking into account the integer part of the frequency shift of the signal with respect to the given frequency reference (ie the integer part of a ratio between, on the one hand, the shift frequency in question and, on the other hand, the inverse of the symbol time T).
  • the integer part of the frequency shift of the signal with respect to the given frequency reference ie the integer part of a ratio between, on the one hand, the shift frequency in question and, on the other hand, the inverse of the symbol time T.
  • the fractional part of the frequency shift of the signal with respect to the frequency reference considered is estimated via the detection of at least two successive chirps exhibiting the same phase variation (ie chirps all having an instantaneous frequency with a positive slope or chirps all having an instantaneous frequency with a negative slope) via the calculation of the correlation phase.
  • successive identical chirps of a learning or synchronization word such as can be found, for example, in radio frames according to the LoRa ® protocol.
  • the estimation of said at least one second time synchronization item of information comprises an estimation, using the fractional frequency synchronization item of information, of a second fractional time synchronization item of information representative of a time offset of the signal with respect to the given time reference modulo the symbol time T.
  • the estimation of the fractional part of the time shift of the signal with respect to the given time reference is refined by taking into account the fractional part of the frequency shift of the signal.
  • the estimation of said at least one second time synchronization information item comprises an estimate, implementing the fractional frequency synchronization information and the second fractional time synchronization information, of an entire time synchronization information item. representative of an integer part of a ratio between, on the one hand, the time shift and, on the other hand, the symbol time T.
  • the estimation of the integer part of the time shift of the signal with respect to the given time reference is refined by taking into account the fractional part of the time shift and the fractional part of the frequency shift of the signal.
  • the plurality of successive elementary portions of duration T comprises at least three elementary portions.
  • the estimation of the fractional frequency synchronization information implements the calculation of the correlation phase delivering a set of corresponding correlation phases.
  • Synchronization information Fractional frequency is a function of an average of the phases of the set of correlation phases.
  • the estimation of the fractional part of the frequency shift of the signa! with respect to the frequency reference considered is refined via the average over different successive chirps all exhibiting the same phase variation (e.g. identical successive chirps of a learning or synchronization word).
  • the estimation of the second fractional time synchronization information item comprises, for at least one sequence of samples of the portion partially resynchronized in frequency corresponding to an elementary portion of duration T of the portion of the signal starting at an instant which is a function of the first time synchronization information: a term-by-term multiplication between, on the one hand, the sequence of samples of the portion partly resynchronized in frequency and, on the other hand, a sequence of samples representative of a conjugated reference chirp obtained by applying the modulation to a basic conjugated chirp whose instantaneous frequency varies between the second instantaneous frequency and the first instantaneous frequency during the symbol time T, the multiplication delivering a sequence of multiplied samples; and a Fourier transform of the sequence of multiplied samples providing a sequence of transformed multiplied samples.
  • the second fractional time synchronization information is a function of a sample of higher amplitude among the transformed multiplied samples.
  • the estimation of the fractional part of the time shift of the signal with respect to the given time reference is refined via the detection of at least one expected reference chirp (eg a chirp of a learning or synchronization word) in the signal partly resynchronized in frequency.
  • at least one expected reference chirp eg a chirp of a learning or synchronization word
  • the estimation of the second fractional time synchronization information item implements a method of searching by dichotomy of a frequency index maximizing an interpolated function from the transformed multiplied samples.
  • the estimation of the fractional part of the time shift of the signal is done with a finer temporal resolution than the sampling period of the multiplied samples transformed at the output of the Fourier transform.
  • the multiplication and the Fourier transform are implemented for a plurality of sequences of successive samples of the portion partially resynchronized in frequency each corresponding to an elementary portion of duration T of the portion of the signal starting at an instant which is a function of the first time synchronization information supplying at least a corresponding plurality of sequences of transformed multiplied samples.
  • the dichotomy search is performed for each sequence of transformed multiplied samples of the plurality of sequences of transformed multiplied samples and outputs a plurality of corresponding frequency indices.
  • the second fractional time synchronization information is a function of an average of the frequency indices of the plurality of time indices.
  • the estimation of the second whole time synchronization information item comprises a time translation of the portion which is partially resynchronized in frequency as a function of the second fractional time synchronization information item delivering a portion of the signal which is partially resynchronized in frequency. and in time.
  • the fractional part of the time shift as well as the fractional part of the frequency shift of the signal with respect to the corresponding references are taken into account in order to refine the estimation of the integer part of the time shift.
  • the estimation of the second whole time synchronization information item comprises an iterative dichotomy search over a search time interval updated at each iteration.
  • the dichotomy search implements, for a given iteration corresponding to a given search time interval: a first Fourier transform of a sequence of samples of the portion partly resynchronized in frequency and in time corresponding to an elementary portion of duration T of the portion of the signal starting at a first instant as a function of a first limit of the given search time interval and of the first synchronization information temporal.
  • the first Fourier transform delivers a first sequence of transformed samples; and a second Fourier transform of a sequence of samples of the portion partly resynchronized in frequency and time corresponding to an elementary portion of duration T of the portion of the signal starting at a second instant as a function of a second terminal of l 'given search time interval and the first time synchronization information.
  • the second Fourier transform delivers a second sequence of transformed samples.
  • the given iteration delivers an updated search time interval as a function of the given search time interval and an extreme value among the first and second transformed sample sequences.
  • the dichotomy search performed for a predetermined number of iterations delivers a final search time interval.
  • the entire second time synchronization information is a function of at least one limit of the final search time interval.
  • the predetermined number of iterations is a function of an initial search time interval and of an estimation tolerance on the second whole time synchronization information item.
  • the invention also relates to a computer program comprising program code instructions for implementing a method as described above, according to any one of its various embodiments, when it is executed on a computer. computer.
  • a synchronization device comprises a reprogrammable computing machine or a dedicated computing machine configured to implement the steps of the synchronization method according to the invention (according to any one of the various aforementioned embodiments).
  • a synchronization device comprises a reprogrammable computing machine or a dedicated computing machine configured to implement the steps of the synchronization method according to the invention (according to any one of the various aforementioned embodiments).
  • FIG.1 shows an object connected to a base station of a radio communication network of the low speed and low consumption type according to one embodiment of the invention
  • FIG.2a illustrates the instantaneous frequency of a basic chirp
  • FIG.2b illustrates the modulation of the basic chirp of Fig.2a via a circular permutation of the variation pattern of its instantaneous frequency
  • FIG.2c illustrates the instantaneous frequency of the chirp resulting from the modulation of the base chirp of Fig.2a via the circular permutation illustrated in Fig, 2b;
  • [Rg.3] represents the steps of a method for synchronizing a signal comprising a plurality of chirps according to one embodiment of the invention
  • FIG.4 represents an example of a device structure allowing the implementation of the steps of the synchronization method of Fig.3 according to one embodiment of the invention.
  • the general principle of the invention is based on the estimation of a first piece of time synchronization information of a signal comprising a plurality of chirps each modulated by a modulation symbol over a duration equal to the symbol time T. From the first time synchronization information, a fractional frequency / frequency synchronization information representative of a frequent / frequent shift of the signal with respect to a given frequent / frequent reference modulating the inverse of the symbol time T is estimated. A second time synchronization information of the signal is estimated by implementing the fractional frequent / frequent synchronization information. The second time synchronization information is more precise than the first time synchronization information by taking into account the fractional part of the frequent shift.
  • the second time synchronization information is estimated without implementing the entire part of the frequent shift of the signal with respect to the considered frequent reference (ie the entire part of a ratio between, on the one hand, the shift frequentiei in question and, on the other hand, the inverse of the symbol time T),
  • FIG. 1 illustrates an object 100 connected to a base station 110 of a radio communication network of the low speed and low consumption type according to one embodiment of the invention. More particularly, the radiocommunication network implements the LoRa ® communication protocol. However, in other embodiments, other communication protocols implementing a so-called “chirp” waveform as described below are considered.
  • Such a basic chirp is defined as the chirp from which are obtained the other chirps used for the transmission of information following the modulation process by the modulation symbols.
  • the instantaneous phase (ie the phase of the complex envelope representing the chirp in question) of the basic chirp is expressed for t in the interval
  • Instantaneous frequency is thus linked to the angular speed of rotation in the complex plane of the vector, the coordinates of which are given by the in-phase and quadrature signals representing the modulating signal (Le. the real and imaginary parts of the complex envelope in practice) intended for modulating the radio frequency carrier so as to transpose the basic chirp signal to a carrier frequency.
  • Instantaneous frequency of the basic chirp shown in Fig. 2a is linear over time, ie. varies linearly between a first instantaneous frequency, here -B / 2, and a second instantaneous frequency, here + B / 2, for the duration T of a symbol.
  • a chirp having a linear instantaneous frequency is used as the base chirp (also called “raw” chirp) in the LoRa® standard.
  • the instantaneous frequency of the chirp in question is obtained by time shifting of a duration of and circular permutation as illustrated in Fig.2b and Fig.2c.
  • Fig.2b and Fig.2c is an integer value between 0 and M1 which represents the modulation symbol conveyed by the chirp transmitted by the object 100 connected over the time interval
  • the signal transmitted by the object 100 follows the frame structure defined by the LoRa ® standard.
  • the signal transmitted by the object 100 comprises a learning word (or synchronization word) of duration positioned upstream of the useful data. This assumption does not remove any generality from the problem dealt with in the present application.
  • the complex envelope of the transmitted signal s then writes:
  • [Math.6] represents the temporal desynchronization of the received signal
  • a first time synchronization information representative of a time shift of the signal with respect to a given time reference is estimated.
  • the given time reference is a predetermined sampling instant.
  • the time shift is for example representative of the shift between the start of the signal learning word and the sampling instant. predetermined.
  • the detection of the start of the preamble of the frame transmitted by the object 100 implements an averaging function of the transformed samples.
  • the detection of the start of the training word of the frame implements an averaging function of the squared modulus of the sequence of transformed samples given by the equation [Math.7].
  • Such averaging is advantageously done over the number Np of chirps making up the learning word (or, more generally, over a plurality of successive elementary portions of duration T of the processed signal), and in a sliding manner over NB successive elementary portions of duration T (or more generally, over several pluralities of successive elementary portions of duration T of the processed signal) in order to increase the probability of detection of the training word.
  • the first time synchronization information corresponds here to an estimate of the index of the sample corresponding to the start of the learning word of the frame transmitted by the object 100.
  • the estimation is given by: [Math.9]
  • such averaging over the number Np of chirps composing the learning word and / or in a sliding manner over N B successive elementary portions of duration T is not implemented.
  • the start of the preamble of the frame corresponding to the signal of the highest amplitude is detected by simply searching for a maximum value among a sequence of samples delivered (eg the maximum value of the modulus of the samples in question) by a Fourier transform carried out on a multiplication of the signal received with an expected reference chirp (eg a reference chirp expected in the preamble of a data frame formed according to the LoRa ® standard).
  • the first time synchronization information is alternately estimated by a known correlation-based method such as for example the method described in the aforementioned patent document US 2014/064337 A1.
  • a fractional frequentieile synchronization information representative of a frequent shiftIEL of the signal with respect to a reference frequentieile data modulates the inverse of the symbol time T is estimated by implementing the first information of time synchronization.
  • the Doppler frequency also contains any residue of frequency offset resulting from a difference between local oscillators used to generate the transmit and receive carrier frequencies. Moreover, such a frequency
  • a fractional part ie modulo 1 / TB / M.
  • a step E310a for each pair of successive elementary portions of a plurality of successive elementary portions of duration T starting at an instant which is a function of the first time synchronization information item , the phase of a correlation value between, on the one hand, the signal considered on one of the elementary portions of the torque and, on the other hand, the signal considered on the other of the elementary portions of the couple is calculated. A corresponding set of correlation phases is thus obtained.
  • the estimation of the fractional frequency synchronization information, corresponding here to the estimation is obtained by using an average of the phases of the set of correlation phases.
  • the estimation of the fractional part of the frequency shift of the signal with respect to the considered frequency reference only implements the detection of a plurality of identical successive reference chirps (Le. all exhibiting the same phase variation).
  • a reduction in the length of the training word can be considered through the implementation of the present technique.
  • the estimation of is reduced to the calculation of a single correlation value implementing a single pair of successive elementary portions of duration T starting at an instant which is a function of the first time synchronization information
  • the absence of averaging makes it possible to simplify the implementation even though a loss of precision may occur.
  • a second time synchronization information representative of a time shift of the signal with respect to the time reference considered is obtained by implementing the fractional frequency synchronization information.
  • the second time synchronization information is estimated without taking into account the entire part of the frequency shift of the signal with respect to ia frequency reference considered for the estimation of the fractional frequency synchronization information (ie the integer part of a ratio between, on the one hand, the frequency shift in question and, on the other hand, the inverse of the symbol time T).
  • the second time synchronization information includes second fractional time synchronization information and second full time synchronization information.
  • the second fractional time synchronization information is representative of the time shift of the signal with respect to the reference time considered modulus ie symbol time T.
  • the second full time synchronization information is representative of the whole part of the ratio between, on the one hand, the time shift of the signal with respect to the time reference considered and, on the other hand, the symbol time !.
  • the second fractional time synchronization information item is estimated by implementing the fractional frequency synchronization information.
  • a complex exponential is applied to the signal in order to implement a frequency transposition ⁇ derotation of the signal More particularly, the signal is compensated by the estimate of the fraction part naire of the frequency shift.
  • the signal is also pre-synchronized by implementing the first time synchronization information We thus obtain the signai partly resynchronized in frequency:
  • the signal is not pre-synchronized by implementing the first time synchronization information
  • the first time synchronization information can for example be taken into account in the search intervals implemented to estimate the fractional and integer parts of the second time synchronization information as described below.
  • Such taking into account makes it possible to simplify the estimation of the fractional and integer parts of the second time synchronization information item.
  • the sample sequences of the signal considered for the determination of the fractional and integer parts of the second time synchronization information item also correspond to elementary portions of duration T of the portion of the signal starting at an Instant which is a function of the first time synchronization information item
  • a term-to-term multiplication is implemented between, on the one hand, the sequence d 'samples of the signa and, on the other hand, a sequence of samples representative of the reference chirp (as expected in the training word) conjugated.
  • Such a conjugated reference chirp is obtained by applying the modulation with a basic conjugate chirp, an instantaneous frequency of which varies between the second instantaneous frequency and the first instantaneous frequency during the symbol time T.
  • the multiplication delivers a sequence of multiplied samples.
  • a Fourier transform of the sequence of multiplied samples delivers a sequence of transformed multiplied samples:
  • Fractional time synchronization information corresponds to an estimate of the fractional part More specifically, is given by the distance to the index frequentiei of the highest amplitude peak in the sequence of multiplied samples i, e. by the distance to the index given by
  • a dichotomous method is for example implemented in order to find the index frequentiei maximizing an interpolated function from the transformed multiplied samples
  • the interpolated function is a cardinal sine in order to model a continuous time Fourier transform, such a transform offering an arbitrarily fine temporal resolution.
  • other types of interpolations from the transformed multiplied samples can be considered (splines, etc.).
  • step 2) We resume step 2) with the new analysis interval, we calculate the interpolated function for the new points associated with the new analysis interval and so on.
  • the two ends of the analysis interval will be two consecutive dividing points (spaced by a distance We determine for which of the latter two points the value of the interpolated function is greater. The point corresponding to the greatest value of the interpolated function is the desired solution.
  • Np transformed multiplied sample sequences delivers a corresponding plurality of estimated time indices
  • the estimate is obtained by averaging the estimated time indices
  • the estimation of the fractional part of the time shift of the signal with respect to the considered time reference is refined via the detection of a plurality of identical successive reference chirps (ie all having the same phase variation) as well as via the implementation of the average caicul.
  • the second fractional time synchronization information item is alternately estimated by applying a known correlation-based method, such as for example the method described in the aforementioned patent document US 2014/064337 A1, to a sequence of samples of the signal partly resynchronized in frequency.
  • the second whole time synchronization information item is estimated by implementing the fractional frequency synchronization information and the second fractional time synchronization information. More particularly, during a step E321b, a signal partly resynchronized in frequency and in time, is obtained by translation in time of the signal. on the basis of the second fractional time synchronization information [Math.16]
  • the Fourier transform is implemented at the frequency 1 / T (eg after decimation of the signal by a factor M / N), which corresponds to M samples per symbol time T.
  • the signal sampled at the same initial frequency 1 / Ts as the signal is expressed like: [Math.17]
  • the estimation of the second whole time synchronization information item comprises a search by iterative dichotomy over a search time interval rnis updated at each iteration.
  • the search for the sample is to dichotomously reduce the interval by changing a and b during Iterations based on the comparison of with:
  • Equation [Math.18] is the Fourier transform of the signal multiplied by the sample sequence of the considered conjugate reference chirp. In other words, is obtained by implementing the processing present in the equation [Math.14] but applied to the signal instead of the signai for So, for a given iteration of the present dichotomy search:
  • the dichotomy search is stopped after a predetermined number of iterations, eg after iterations, with the desired precision on
  • the first time synchronization information item can for example be taken into account in the search intervals implemented in the search by iterative dichotomy in order to simplify the search for
  • the search by dichotomy implements, for a given iteration corresponding to a given search time interval:
  • the given iteration delivers an updated search time interval as a function of the given search time interval and the first and second extreme values among the first and second sample sequences transformed as described above.
  • the value attributed to as well as the number of iterations to be considered follow the principles described above.
  • the first time synchronization information the fractional frequency synchronization information the second synchronization information fractional temporal and the entire second time synchronization information item is available for resynchronizing, during a step E330, the processed signal received by the receiver implementing the synchronization method according to the invention.
  • a resynchronized signal is expressed for example according to:
  • the data conveyed by the useful part of the signal can then be estimated according to the principles set out in patent document EP 2449690 B1 for example.
  • FIG. 4 an example of a device structure 400 making it possible to implement certain steps of the synchronization method of FIG. 3 according to one embodiment of the invention is now presented.
  • the device 400 comprises a random access memory 403 (for example a RAM memory), a processing unit 402 equipped for example with a processor, and controlled by a computer program stored in a read only memory 401 (for example a ROM memory or a hard disc). On initialization, the code instructions of the computer program are for example loaded into the random access memory 403 before being executed by the processor of the processing unit 402.
  • a random access memory 403 for example a RAM memory
  • a processing unit 402 equipped for example with a processor
  • a computer program stored in a read only memory 401 for example a ROM memory or a hard disc
  • FIG. 4 illustrates only one particular way, among several possible, of making the device 400 so that it performs certain steps of the synchronization method according to the invention (according to any one of the embodiments and / or variants described ( e) s above in relation to Fig. 3). Indeed, these steps can be carried out indifferently on a reprogrammable computing machine (a PC computer, a DSP processor or a microcontroller) executing a program comprising a sequence of instructions, or on a dedicated computing machine (for example a set of logic gates such as an FPGA or an ASIC, or any other hardware module).
  • a reprogrammable computing machine a PC computer, a DSP processor or a microcontroller
  • a program comprising a sequence of instructions
  • a dedicated computing machine for example a set of logic gates such as an FPGA or an ASIC, or any other hardware module.
  • the corresponding program (that is to say the sequence of instructions) can be stored in a removable storage medium (such as for example a CD- ROM, DVD-ROM, USB key) or not, this storage medium being partially or totally readable by a computer or processor.
  • the device 400 is embedded in the base station 110, for example in a receiver of the base station 110.
  • the device 400 is included in the object 100, for example in a receiver of the object 100.
  • the device 400 is included in an equipment for monitoring the radio communications network, for example in a receiver of the equipment in question.

Landscapes

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  • Signal Processing (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de synchronisation d'un signal comprenant des chirps modulés. La modulation correspond à une permutation circulaire du motif de variation de la fréquence instantanée d'un chirp de base sur le temps symbole Ts. Un tel procédé comprend, pour une portion du signal représentative d'au moins un chirp : - une estimation d'une première information de synchronisation temporelle représentative d'un décalage temporel du signal par rapport à une référence temporelle donnée; - une estimation, mettant en œuvre la première information de synchronisation temporelle, d'une information de synchronisation fréquentielle fractionnaire représentative d'un décalage fréquentiel du signal par rapport à une référence fréquentielle donnée modulo l'inverse du temps symbole T; et - une estimation, mettant en œuvre l'information de synchronisation fréquentielle fractionnaire, d'une deuxième information de synchronisation temporelle représentative d'un décalage temporel du signal par rapport à la référence temporelle donnée.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de synchronisation d'un signal comprenant une pluralité de chirps, produit programme d'ordinateur et dispositif correspondants.
Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui de la transmission de données via l'utilisation d'une forme d'onde dite « chirp ».
L'invention se rapporte plus particulièrement à une méthode de synchronisation d'une telle forme d'onde.
Une telle forme d'onde est utilisée pour la transmission de données via des liens de communication de différentes natures, e.g. acoustique, radiofréquence, etc. Par exemple la technologie LoRa® dédiée à la transmission basse consommation par les objets connectés via un lien radiofréquence utilise une telle forme d'onde. L'invention a ainsi des applications, notamment, mais non exclusivement, dans tous les domaines de la vie personnelle et professionnelle dans lesquels les objets connectés sont présents, il s'agit par exemple des domaines de la santé, du sport, des applications domestiques (sécurité, électroménager, etc.), suivi d'objets, etc.
Art antérieur et ses inconvénients
On s'attache plus particulièrement dans la suite de ce document à décrire une problématique existante dans le domaine des objets connectés dans lequel la technologie LoRa est par exemple utilisée et à laquelle ont été confrontés les inventeurs de la présente demande de brevet. L'invention ne se limite bien sur pas à ce domaine particulier d'application, mais présente un intérêt pour le traitement de tout signai de communication basé sur l'utilisation d'une forme d'onde dite « chirp ».
Présentés comme la « troisième révolution de l'Internet », les objets connectés sont en train de s'imposer dans tous les domaines de la vie quotidienne et de l'entreprise. La plupart de ces objets sont destinés à produire des données grâce à leurs capteurs intégrés afin de fournir des services à valeur ajoutée pour leur propriétaire.
De par les applications visées, ces objets connectés sont pour la plupart nomades. En particulier, ils doivent pouvoir transmettre les données produites, régulièrement ou à la demande, à un utilisateur déporté. Pour ce faire, la transmission radio longue portée du type radio mobile cellulaire (2G/3G/4G...) a été une technologie de choix. Cette technologie permettait en effet de bénéficier d'une bonne couverture réseau dans la plupart des pays.
Cependant, l'aspect nomade de ces objets s'accompagne souvent d'un besoin en autonomie d'énergie. Or, même basés sur une des technologies radio mobile cellulaire les plus économes en énergie, les objets connectés actuels continuent de présenter une consommation rédhibitoire pour permettre un déploiement à grande échelle à un coût raisonnable.
Face à la problématique de la consommation du lien radio pour de telles applications nomades, de nouvelles technologies radio basse consommation et bas débit dédiées spécifiquement aux réseaux « Internet des Objets », c'est-à-dire des technologies radio pour des réseaux dits LPWAN (pour « Low-Power Wide-Area Networks » en anglais), sont développées.
En pratique, deux sortes de technologies peuvent être distinguées : d'un côté, il existe des technologies propriétaires comme par exemple la technologie de la société Sigfox ® , ou bien la technologie LoRa ® , ou encore la technologie de la société Qowisio ® . Ces technologies non standardisées reposent toutes sur l'utilisation de la bande de fréquences « Industriel, Scientifique et Médical », dite ISM, et sur la réglementation associée à son utilisation. L'intérêt de ces technologies est qu'elles sont déjà disponibles et permettent le déploiement rapide de réseaux sur la base d'investissements limités. En outre, ils permettent le développement d'objets connectés très économes en énergie et à faible coût ; d'un autre côté, il existe plusieurs technologies promues par des organismes de normalisation. A titre d'exemple, on peut citer trois technologies standardisées auprès du 3GPP (pour « 3rd Génération Partnership Project » en anglais) : NB-loT (pour « Narrow Band - internet of Thîngs » en anglais), LTE MTC (pour « Long Term Evolution - Machine Type Communication » en anglais) et EC-GSM-loT (pour « Extended Coverage - GSM - Internet of Things » en anglais). De telles solutions reposent sur l'utilisation des bandes de fréquences licenciées, mais peuvent également être utilisées sur des bandes de fréquences non licenciées.
Certains opérateurs de télécommunications se sont déjà intéressés à la technologie LoRa ® pour déployer leur réseau dédié aux objets connectés. Par exemple, le brevet EP 2449690 B1 décrit une technique de transmission de l'information, sur laquelle se base la technologie LoRa ® .
Cependant, les premiers retours relèvent des expériences utilisateur peu satisfaisantes liées à des performances limitées du lien radio en conditions réelles. Notamment, la modulation utilisée apparaît être sensible à la synchronisation du récepteur, notamment à la synchronisation temporelle. Cependant, une telle synchronisation temporelle doit rester précise même en présence d'un décalage fréquentiel, e.g. entre la fréquence porteuse du signal reçu et l'oscillateur local générant le signal utilisé pour la transposition en fréquence du signal reçu. De la sorte, la synchronisation d'une telle forme d'onde nécessite souvent la mise en œuvre d'une estimation conjointe des paramètres de synchronisation temporelle et fréquentieile, ce qui peut nécessiter une charge de calcui importante. Le document de brevet US 2014/064337 Al met par exempie en œuvre une méthode connue à base de corrélation afin d'obtenir de telles informations de synchronisation.
Il existe ainsi un besoin pour une technique de synchronisation présentant une charge calculatoire réduite et permettant d'estimer les paramètres de synchronisation temporelle de manière précise sans qu'il y ait besoin d'estimer précisément l'ensemble des paramètres de synchronisation fréquentieile. Par ailleurs, les paramètres de synchronisation temporelle doivent être estimés précisément même en présence de désynchronisation fréquentieile.
Exposé de l'invention
Dans un mode de réalisation de l'invention, il est proposé un procédé de synchronisation d'un signai reçu par un récepteur de communication à partir de l'estimation d'au moins une information de synchronisation du signal. Le signal comprend une pluralité de chirps parmi M chirps. Un s-ème chirp parmi les M chirps est associé à un symbole de modulation de rang s de la constellation de M symboles, s étant un entier de 0 à M-1. Le s-ème chirp résulte d'une modulation d'un chirp de base dont une fréquence instantanée varie entre une première fréquence instantanée et une deuxième fréquence instantanée pendant un temps symbole T. La modulation correspond, pour le symbole de modulation de rang s, à une permutation circulaire du motif de variation de la fréquence instantanée sur le temps symbole T, obtenue par un décalage temporel de s fois une durée temporelle élémentaire Tc, telle que M*Tc=T. Un tel procédé comprend, pour une portion du signal représentative d'au moins un chirp de la pluralité de chirps, les étapes suivantes mises en œuvre par un dispositif de synchronisation (par exemple inclus dans le récepteur de communication) : une estimation d'une première information de synchronisation temporelle représentative d'un décalage temporel du signal par rapport à une référence temporelle donnée ; une estimation, mettant en œuvre la première information de synchronisation temporelle, d'une information de synchronisation fréquentielle fractionnaire représentative d'un décalage fréquentiel du signal par rapport à une référence fréquentielle donnée moduio l'inverse du temps symbole T ; et une estimation, mettant en œuvre l'information de synchronisation fréquentielie fractionnaire, d'au moins une deuxième information de synchronisation temporelle représentative d'un décalage temporel du signai par rapport à la référence temporelle donnée.
La portion du signai comprend une pluralité de portions élémentaires successives de durée T débutant à un instant fonction de la première information de synchronisation temporelle. Pour au moins un couple de portions élémentaires successives de la pluralité, l'estimation de L'information de synchronisation fréquentielle fractionnaire met en œuvre le calcul d'une phase, dite phase de corrélation, d'une valeur de corrélation entre, d'une part, le signal considéré sur une des portions élémentaires du couple et, d'autre part, le signal considéré sur l'autre des portions élémentaires du couple, l'information de synchronisation fréquentielle fractionnaire étant fonction de la phase de corrélation. L'estimation de ladite au moins une deuxième information de synchronisation temporelle comprend une dérotation de la portion du signai en fonction de l'information de synchronisation fréquentielle fractionnaire délivrant une portion du signai en partie resynchronisée en fréquence.
Ainsi, l'invention propose une solution nouvelle et inventive pour estimer les paramètres de synchronisation temporelle sans qu'il y ait besoin d'estimer précisément l'ensemble des paramètres de synchronisation fréquentielie. En effet, seule la partie fractionnaire du décalage fréquentiel du signal par rapport à la référence fréquentielle donnée considérée (e.g. la fréquence d'un synthétiseur radiofréquence générant une porteuse utilisée pour ia transposition en fréquence du signal considéré, ou la fréquence d'une horloge de référence, etc.) est ici utilisée afin d'affiner la première estimation du décalage temporel du signal par rapport à la référence temporelle donnée considérée (e.g. un front donné (montant ou descendant) d'une horloge de réference, d'une horloge d'échantillonnage du signal, etc.). En d'autres termes, les paramètres de synchronisation temporelle sont estimés sans prendre en compte ia partie entière du décalage fréquentiel du signal par rapport à la référence fréquentielle donnée (i.e. la partie entière d'un ratio entre, d'une part, le décalage fréquentiel en question et, d'autre part, l'inverse du temps symbole T). Cependant, la prise en compte de cette seule partie fractionnaire du décalage fréquentiel du signai par rapport à la référence fréquentielle donnée permet d'obtenir une estimation précise du décalage temporel même en présence de décalage fréquentiel important.
Par ailleurs, la partie fractionnaire du décalage fréquentiel du signal par rapport à la référence fréquentielle considérée est estimée via la détection d'au moins deux chirps successifs présentant une même variation de phase (i.e. des chirps ayant tous une fréquence instantanée avec une pente positive ou des chirps ayant tous une fréquence instantanée avec une pente négative) via le calcul de la phase de corrélation. Il s'agit par exemple de chirps successifs identiques d'un mot d'apprentissage ou de synchronisation comme on en trouve par exemple dans les trames radio selon le protocole LoRa ® .
Selon un mode de réalisation, l'estimation de ladite au moins une deuxième information de synchronisation temporelle comprend une estimation, mettant en oeuvre l'information de synchronisation fréquentielle fractionnaire, d'une deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire représentative d'un décalage temporel du signal par rapport à la référence temporelle donnée modulo le temps symbole T.
Ainsi, l'estimation de la partie fractionnaire du décalage temporel du signai par rapport à la référence temporelle donnée est affinée par la prise en compte de la partie fractionnaire du décalage fréquentiel du signal.
Selon un mode de réalisation, l'estimation de ladite au moins une deuxième information de synchronisation temporelle comprend une estimation, mettant en œuvre l'information de synchronisation fréquentielle fractionnaire et la deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire, d'une information de synchronisation temporelle entière représentative d'une partie entière d'un ratio entre, d'une part, le décalage temporel et, d'autre part, le temps symbole T.
Ainsi, l'estimation de la partie entière du décalage temporel du signal par rapport à la référence temporelle donnée est affinée par la prise en compte de la partie fractionnaire du décalage temporel et de la partie fractionnaire du décalage fréquentiel du signal.
Selon un mode de réalisation, la pluralité de portions élémentaires successives de durée T comprend au moins trois portions élémentaires. Pour chaque couple de portions élémentaires successives parmi iesdites au moins trois portions, l'estimation de l'information de synchronisation fréquentielle fractionnaire met en œuvre le calcul de la phase de corrélation délivrant un jeu de phases de corrélations correspondant. L'information de synchronisation fréquentielle fractionnaire est fonction d'une moyenne des phases du jeu de phases de corrélations.
Ainsi, l'estimation de la partie fractionnaire du décalage fréquentiel du signa! par rapport à la référence fréquentielle considérée est affinée via la moyenne sur différents chirps successifs présentant tous une même variation de phase (e.g. des chirps successifs identiques d'un mot d'apprentissage ou de synchronisation).
Selon un mode de réalisation, l'estimation de la deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire comprend, pour au moins une séquence d'échantillons de la portion en partie resynchronisée en fréquence correspondant à une portion élémentaire de durée T de la portion du signal débutant à un instant fonction de la première information de synchronisation temporelle : une multiplication terme à terme entre, d'une part, la séquence d'échantillons de la portion en partie resynchronisée en fréquence et, d'autre part, une séquence d'échantillons représentatifs d'un chirp de référence conjugué obtenu par application de la modulation à un chirp de base conjugué dont une fréquence instantanée varie entre la deuxième fréquence instantanée et la première fréquence instantanée pendant le temps symbole T, la multiplication délivrant une séquence d'échantillons multipliés ; et une transformée de Fourier de la séquence d'échantillons multipliés délivrant une séquence d'échantillons multipliés transformés. la deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire est fonction d'un échantillon de plus forte amplitude parmi les échantillons multipliés transformés.
Ainsi, l'estimation de la partie fractionnaire du décalage temporel du signai par rapport à la référence temporelle donnée est affinée via la détection d'au moins un chirp de référence attendu (e.g. un chirp d'un mot d'apprentissage ou de synchronisation) dans le signai en partie resynchronisé en fréquence.
Selon un mode de réalisation, l'estimation de la deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire met en oeuvre une méthode de recherche par dichotomie d'un indice fréquentiel maximisant une fonction interpolée à partir des échantillons multipliés transformés.
Ainsi, l'estimation de la partie fractionnaire du décalage temporel du signai se fait avec une résolution temporelle plus fine que la période d'échantillonnage des échantillons multipliés transformés en sortie de la transformée de Fourier. Selon un mode de réalisation, la multiplication et la transformée de Fourier sont mises en œuvre pour une pluralité de séquences d'échantillons successives de la portion en partie resynchronisée en fréquence correspondant chacune à une portion élémentaire de durée T de la portion du signal débutant à un instant fonction de la première information de synchronisation temporelle délivrant au moins une pluralité correspondante de séquences d'échantillons multipliés transformés. La recherche par dichotomie est mise en œuvre pour chaque séquence d'échantillons multipliés transformés de la pluralité de séquences d'échantillons multipliés transformés et délivre une pluralité d'indices fréquentiels correspondants. La deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire est fonction d'une moyenne des indices fréquentiels de la pluralité d'indices temporels.
Ainsi, contrairement au cas où des chirps de référence présentant des variations de fréquence instantanée opposées (i.e. une fréquence instantanée avec des pentes positives et négatives) sont nécessaires pour permettre une bonne estimation des paramètres de synchronisation, ici seuls des chirps de référence successifs présentant une même variation de phase sont nécessaires à la mise en œuvre de la présente technique. Une réduction de la longueur du mot d'apprentissage peut alors être considérée, améliorant par là-même l'efficacité spectrale du système de communication.
Selon un mode de réalisation, l'estimation de la deuxième information de synchronisation temporelle entière comprend une translation en temps de la portion en partie resynchronisée en fréquence en fonction de la deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire délivrant une portion du signal en partie resynchronisée en fréquence et en temps.
Ainsi, la partie fractionnaire du décalage temporel ainsi que la partie fractionnaire du décalage fréquentiel du signal par rapport aux références correspondantes sont prises en compte pour affiner l'estimation de la partie entière du décalage temporel.
Selon un mode de réalisation, l'estimation de la deuxième information de synchronisation temporelle entière comprend une recherche par dichotomie itérative sur un intervalle temporel de recherche mis à jour à chaque itération. La recherche par dichotomie met en œuvre, pour une itération donnée correspondant à un intervalle temporel de recherche donné : une première transformée de Fourier d'une séquence d'échantillons de la portion en partie resynchronisée en fréquence et en temps correspondant à une portion élémentaire de durée T de la portion du signal débutant à un premier instant fonction d'une première borne de l'intervalle temporel de recherche donné et de la première information de synchronisation temporelle. La première transformée de Fourier délivre une première séquence d'échantillons transformés ; et une deuxième transformée de Fourier d'une séquence d'échantillons de la portion en partie resynchronisée en fréquence et en temps correspondant à une portion élémentaire de durée T de la portion du signal débutant à un deuxième instant fonction d'une deuxième borne de l'intervalle temporel de recherche donné et de la première information de synchronisation temporelle. La deuxième transformée de Fourier délivre une deuxième séquence d'échantillons transformés.
L'itération donnée délivre un intervalle temporel de recherche mis à jour en fonction de l'intervalle temporel de recherche donné et d'une valeur extrémale parmi les première et deuxième séquences d'échantillons transformés. La recherche par dichotomie mise en œuvre pour un nombre prédéterminé d'itérations délivre un intervalle temporel de recherche final. La deuxième information de synchronisation temporelle entière est fonction d'au moins une borne de l'intervalle temporel de recherche final.
Ainsi, l'estimation de la partie entière du décalage temporel du signal par rapport à la référence temporelle considérée est affinée de manière simple et robuste.
Selon un mode de réalisation, le nombre prédéterminé d'itérations est fonction d'un intervalle temporel de recherche initial et d'une tolérance d'estimation sur la deuxième information de synchronisation temporelle entière.
L'invention concerne également un programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour la mise en œuvre d'un procédé tel que décrit précédemment, selon l'un quelconque de ses différents modes de réalisation, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur.
Dans un mode de réalisation de l'invention, il est proposé un dispositif de synchronisation. Un tel dispositif de synchronisation comprend une machine de calcul reprogrammable ou une machine de calcul dédiée configurée pour mettre en oeuvre les étapes du procédé de synchronisation selon l'invention (selon l'un quelconque des différents modes de réalisation précités). Ainsi, les caractéristiques et avantages de ce dispositif sont les mêmes que ceux des étapes correspondantes du procédé de synchronisation décrit précédemment. Par conséquent, ils ne sont pas détaillés plus amplement.
Liste des figures D'autres buts, caractéristiques et avantages de i'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre de simple exemple illustratif, et non limitatif, en relation avec les figures, parmi lesquelles :
[Fig.1] représente un objet connecté à une station de base d'un réseau de radiocommunication du type bas débit et basse consommation selon un mode de réalisation de l'invention ;
[Fig.2a] illustre la fréquence instantanée d'un chirp de base ;
[Fig.2b] illustre la modulation du chirp de base de la Fig.2a via une permutation circulaire du motif de variation de sa fréquence instantanée ;
[Fig.2c] illustre la fréquence instantanée du chirp résultant de la modulation du chirp de base de la Fig.2a via la permutation circuiaire illustrée sur la Fig, 2b ;
[Rg.3] représente les étapes d'un procédé de synchronisation d'un signal comprenant une pluralité de chirps selon un mode de réalisation de l'invention ;
[Fig.4] représente un exemple de structure de dispositif permettant la mise en œuvre des étapes du procédé de synchronisation de la Fig.3 selon un mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
Le principe générai de l'invention repose sur l'estimation d'une première information de synchronisation temporelle d'un signai comprenant une pluralité de chirps modulés chacun par un symbole de modulation sur une durée égaie au temps symbole T. A partir de la première information de synchronisation temporelle, une information de synchronisation fréquentîelie fractionnaire représentative d'un décalage fréquentîel du signal par rapport à une référence fréquentîelle donnée module l'Inverse du temps symbole T est estimée. Une deuxième information de synchronisation temporelle du signal est estimée en mettant en œuvre l'information de synchronisation fréquentîelle fractionnaire. La deuxième information de synchronisation temporelle est plus précise que la première information de synchronisation temporelle de par la prise en compte de la partie fractionnaire du décalage fréquentîel. Une telle amélioration de la précision des paramètres de synchronisation temporelle est ainsi obtenue même en présence de décalage fréquentîel quand bien même l'ensemble des paramètres de synchronisation fréquentîelle n'a pas été estimé. En particulier, la deuxième information de synchronisation temporelle est estimée sans mettre ers œuvre la partie entière du décalage fréquentîel du signal par rapport à la référence fréquentîelle considérée (i.e. la partie entière d'un ratio entre, d'une part, le décalage fréquentiei en question et, d'autre part, l'inverse du temps symbole T),
La Fig.1 illustre un objet 100 connecté à une station de base 110 d'un réseau de radiocommunication du type bas débit et basse consommation selon un mode de réalisation de l'invention. Plus particulièrement, le réseau de radiocommunication met en œuvre le protocole de communication LoRa ® . Cependant, dans d'autres modes de réalisation, d'autres protocoles de communication mettant en œuvre une forme d'onde dite « chirp » telle que décrite ci-dessous sont considérés.
On présente désormais, en relation avec les Fig.2a, Fig.2b et Fig.2c, la modulation d'un chirp de base via une permutation circulaire du motif de variation de sa fréquence instantanée.
Un tel chirp de base est défini comme le chirp à partir duquel sont obtenus les autres chirps utilisés pour la transmission de l'information suite au processus de modulation par les symboles de modulation.
Plus particulièrement, ia phase instantanée
Figure imgf000012_0009
(i.e. la phase de l'enveloppe complexe représentant le chirp en question) du chirp de base s'exprime pour t dans l'intervalle
Figure imgf000012_0001
(Fig.2a) comme
Figure imgf000012_0010
® T : la durée symbole (également appelée intervalle de signalisation par exemple dans le standard LoRa®) ;
*
Figure imgf000012_0005
la bande passante du signal, avec SF le facteur d'étalement ou nombre de bit par symbole. est ainsi le nombre total de symboles dans la constellation de
Figure imgf000012_0004
symboles de modulation.
Sur la base de ces notations, la fréquence instantanée
Figure imgf000012_0002
du chirp de base, qui correspond à la dérivée de la phase instantanée
Figure imgf000012_0006
s'exprime comme
Figure imgf000012_0003
La fréquence instantanée
Figure imgf000012_0007
est ainsi liée à ia vitesse de rotation angulaire dans le plan complexe du vecteur dont les coordonnées sont données par les signaux en phase et en quadrature représentant le signal modulant (Le. les parties réelle et imaginaire de l'enveloppe complexe en pratique) destiné à moduler la porteuse radiofréquence de manière à transposer le signai chirp de base sur une fréquence porteuse.
La fréquence instantanée
Figure imgf000012_0008
du chirp de base illustrée sur la Fig.2a est linéaire dans le temps, î.e. varie linéairement entre une première fréquence instantanée, ici -B/2, et une deuxième fréquence instantanée, ici +B/2, pendant la durée T d'un symbole. En effet, un chirp présentant une fréquence instantanée linéaire est utilisé en tant que chirp de base (également appelé chirp « brut ») dans le standard LoRa®.
Dans d'autres modes de réalisation, d'autres types de chirps de base sont considérés, par exemple des chirps de base dont la fréquence instantanée présente une pente négative, ou bien dont la fréquence instantanée ne varie pas linéairement en temps.
De retour aux Fig.2a, Fig.2b et Fig.2c, la modulation d'un chirp correspond, pour un symbole de modulation de rang s, à une permutation circulaire du motif de variation de ladite fréquence instantanée sur ledit temps symbole T, obtenue par un décalage temporel de s fois une durée temporelle élémentaire Tc, telle que M*Tc=T.
Plus particulièrement, on peut noter
Figure imgf000013_0010
comme étant la fréquence instantanée du chirp transmis par l'objet 100 connecté sur l'intervalle de temps
Figure imgf000013_0001
La fréquence instantanée du chirp en question est obtenue par décalage temporel d'une durée de
Figure imgf000013_0002
et permutation circulaire comme illustré sur les Fig.2b et Fig.2c. Ici, est une valeur entière entre 0 et M-l qui représente le symbole de modulation véhiculé par le chirp transmis par l'objet 100 connecté sur l'intervalle de temps
Figure imgf000013_0003
De la sorte,
Figure imgf000013_0004
s'exprime comme la dérivée de la phase instantanée
Figure imgf000013_0005
ÎMath.l]
Figure imgf000013_0006
On obtient ainsi sur l'intervalle de temps [Math.2]
Figure imgf000013_0007
Figure imgf000013_0008
Et sur l'intervalle de temps
Figure imgf000013_0009
[Math.3]
Figure imgf000013_0011
Ainsi, si Ton note l'enveloppe complexe du signal comportant P chirps transmis par l'objet 100 connecté, on a : [Math.4]
Figure imgf000014_0001
Par ailleurs, le signai transmis par l'objet 100 suit la structure de trame définie par le standard LoRa ® . Afin de simplification dans les écritures, on suppose dans la suite que le signai transmis par l'objet 100 comprend un mot d'apprentissage
Figure imgf000014_0003
(ou mot de synchronisation) de durée positionné en amont des données utiles. Cette hypothèse n'enlève aucune généralité au problème traité dans la présente demande. En notant
Figure imgf000014_0010
la trajectoire de phase des chirps de référence qui composent le mot d'apprentissage, l'enveloppe complexe du signal transmis
Figure imgf000014_0009
s écrit alors :
[Math.5]
Avec un intervalle de garde entre la fin des chirps du mot d'apprentissage et le début des chirps véhiculant les données utiles. On a donc ici
Figure imgf000014_0004
Ainsi, le signal reçu par un récepteur de communication au niveau de la station de base
110 s'exprime, après échantillonnage à la fréquence 1/Ts :
[Math.6]
Figure imgf000014_0002
représente la désynchronisation temporelle du signal reçu ;
•
Figure imgf000014_0011
est la fréquence Doppler et
Figure imgf000014_0005
la phase à l'origine liée à la fréquence
Doppler. Sans perte de généralité, on suppose que
Figure imgf000014_0006
contient également tout résidu de décalage de fréquence provenant d'une différence entre des oscillateurs locaux utilisés pour générer les fréquences porteuses d'émission et de réception ;
• est la réponse impulsîonneile du canal de propagation ;
•
Figure imgf000014_0007
est le bruit vu du récepteur, supposé additif blanc et Gaussien.
On présente désormais, en relation avec la Fig.3, les étapes d'un procédé de synchronisation selon un mode de réalisation de l'invention. Plus particulièrement, le signal
Figure imgf000014_0008
dont l'expression est donnée par l'équation [Math.6] est pris comme exemple d'application des étapes du présent procédé de synchronisation.
Estimation d'une première information de synchronisation temporelle :
Lors d'une étape E300, une première information de synchronisation temporelle représentative d'un décalage temporel du signal
Figure imgf000015_0001
par rapport à une réference temporelle donnée est estimée. Par exemple, la référence temporelle donnée est un instant d'échantillonnage prédéterminé. Le décalage temporel est par exemple représentatif du décalage entre le début du mot d'apprentissage du signal et l'instant d'échantillonnage
Figure imgf000015_0002
prédéterminé.
Pour estimer la première information de synchronisation temporelle, ie récepteur multiplie continuellement chaque bloc de N=T/Ts échantillons par le complexe conjugué du chirp de référence qui compose le mot d'apprentissage attendu. Puis une transformée de Fourier sur N points est calculée sur chaque bloc de N=T/Ts échantillons.
Pour le p-ème bloc de N=T/Ts échantillons, on obtient ainsi les IM échantillons transformés suivants :
[Math.7]
Figure imgf000015_0003
Plus particulièrement, la détection du début du préambule de la trame transmis par l'objet 100 met en œuvre un moyennage fonction des échantilions transformés. Par exemple, la détection du début du mot d'apprentissage de ia trame met en œuvre un moyennage fonction du module au carré de ia séquence d'échantillons transformés donnée par l'équation [Math.7]. Un tel moyennage se fait avantageusement sur le nombre Np de chirps composant le mot d'apprentissage (ou, plus généralement, sur une pluralité de portions élémentaires successives de durée T du signal traité), et de manière glissante sur NB portions élémentaire successives de durée T (ou. plus généralement, sur plusieurs pluralités de portions élémentaires successives de durée T du signal traité) afin d'augmenter la probabilité de détection du mot d'apprentissage. On obtient ainsi 1a séquence avec k de 0 à M-l et P de 1 à NB :
Figure imgf000015_0004
[Math.8] avec la variance du bruit . Une telle variance est par exemple estimée pendant les
Figure imgf000016_0001
périodes dans lesquelles aucun signal utile n'est reçu.
La première information de synchronisation temporelle correspond ici à une estimation de l'indice
Figure imgf000016_0004
de l'échantillon correspondant au début du mot d'apprentissage de la trame transmise par l'objet 100. Sur la base de la séquence l'estimation
Figure imgf000016_0003
est donnée par :
Figure imgf000016_0002
[Math.9]
Figure imgf000016_0005
Dans d'autres modes de réalisation, un tel moyennage sur le nombre Np de chirps composant le mot d'apprentissage et/ou de manière glissante sur NB portions élémentaires successives de durée T n'est pas mis en œuvre. Dans ce cas la détection du début du préambule de la trame correspondant au signai de plus forte amplitude se fait par simple recherche d'une valeur maximale parmi une séquence d'échantillons délivrée (e.g. la valeur maximale du module des échantillons en question) par une transformée de Fourier effectuée sur une multiplication du signai reçu avec un chirp de référence attendu (e.g. un chirp de référence atendu dans le préambule d'une trame de données formée selon le standard LoRa ® ).
Dans d'autres modes de réalisation, la première Information de synchronisation temporelle est alternativement estimée par une méthode connue à base de corrélation comme par exemple la méthode décrite dans le document de brevet précité US 2014/064337 Al.
Estimation d'une information de synchronisation fréquentieile fractionnaire :
Lors d'une étape E310, une information de synchronisation fréquentieile fractionnaire représentative d'un décalage fréquentIEL du signal par rapport à une référence
Figure imgf000016_0007
fréquentieile donnée module l'inverse du temps symbole T est estimée en metant en œuvre la première information de synchronisation temporelle.
Plus particulièrement, selon les notations introduites ci-dessus en relation avec l'équation [Math.6], on suppose que la fréquence Doppler contient également tout résidu de
Figure imgf000016_0006
décalage de fréquence provenant d'une différence entre des oscillateurs locaux utilisés pour générer les fréquences porteuses d'émission et de réception. Par ailleurs, une telle fréquence
Doppler peut s'exprimer en toute généralité comme la somme d'une partie entière (i.e. multiple entier de 1/T=B/M) et d'une partie fractionnaire (i.e. modulo 1/T-B/M). Ainsi, on peut écrire : [Math.11]
Figure imgf000017_0001
avec le taux de variation de la fréquence Doppler dans le temps et
Figure imgf000017_0011
la partie fractionnaire que l'on cherche à estimer lors de la présente étape E310. On suppose en effet de manière réaliste que la fréquence Doppler reste constante sur la durée de signal considérée pour estimer (e.g. sur la durée du mot d'apprentissage).
Par exemple, en supposant que le mot d'apprentissage
Figure imgf000017_0003
(ou mot de synchronisation) de durée
Figure imgf000017_0004
positionné en amont des données utiles est composé de Np chirps de référence identiques, on peut utiliser une telle redondance d'information afin d'obtenir une estimation
Figure imgf000017_0005
selon l'équation :
[Math.12]
Figure imgf000017_0002
Ainsi, lors d'une étape E310a, pour chaque couple de portions élémentaires successives d'une pluralité de portions élémentaires successives de durée T débutant à un instant fonction de la première information de synchronisation temporelle
Figure imgf000017_0006
, la phase d'une valeur de corrélation entre, d'une part, le signai
Figure imgf000017_0007
considéré sur une des portions élémentaires du couple et, d'autre part, le signal
Figure imgf000017_0008
considéré sur l'autre des portions élémentaires du couple est calculée. Un jeu de phases de corrélations correspondant est ainsi obtenu.
Lors d'une étape E310b, l'estimation de l'information de synchronisation fréquentielle fractionnaire, correspondant ici à l'estimation
Figure imgf000017_0009
est obtenue en mettant en œuvre une moyenne des phases du jeu de phases de corrélations.
Ainsi, l'estimation de la partie fractionnaire
Figure imgf000017_0010
du décalage fréquentiel du signal par rapport à la référence fréquentielle considérée ne met en œuvre que la détection d'une pluralité de chirps de référence successifs identiques (Le. présentant tous une même variation de phase). Ainsi, par rapport au cas où des chirps de référence présentant des variations de fréquence instantanée opposées (Le. une fréquence instantanée avec des pentes positives et négatives) sont nécessaires pour permettre une bonne estimation des paramètres de synchronisation, une réduction de la longueur du mot d'apprentissage peut être considérée via la mise en œuvre de la présente technique. Une telle stratégie permet d'améliorer l'efficacité spectrale du système de communication.
Dans d'autres modes de réalisation, l'estimation de
Figure imgf000018_0001
est réduite au calcul d'une seule valeur de corrélation mettant en œuvre un seul couple de portions élémentaires successives de durée T débutant à un instant fonction de la première information de synchronisation temporelle Dans ce cas l'absence de moyennage permet de simplifier l'implémentation quand bien même une perte de précision peut intervenir.
Estimation d'une deuxième information de synchronisation temporelle :
Lors d'une étape E320, une deuxième information de synchronisation temporelle représentative d'un décalage temporel du signal par rapport à la référence temporelle
Figure imgf000018_0002
considérée est obtenue en mettant en œuvre l'information de synchronisation fréquentielle fractionnaire. En particulier, la deuxième information de synchronisation temporelle est estimée sans prendre en compte la partie entière du décalage fréquentiel du signai par rapport à ia
Figure imgf000018_0003
référence fréquentielle considérée pour l'estimation de l'information de synchronisation fréquentielle fractionnaire
Figure imgf000018_0004
(i.e. la partie entière d'un ratio entre, d'une part, le décalage fréquentiel en question et, d'autre part, l'inverse du temps symbole T).
La deuxième information de synchronisation temporelle comprend une deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire et une deuxième information de synchronisation temporelle entière. La deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire est représentative du décalage temporel du signal par rapport à la référence
Figure imgf000018_0005
temporelle considérée module ie temps symbole T. La deuxième information de synchronisation temporelle entière est représentative de la partie entière du ratio entre, d'une part, le décalage temporel du signal
Figure imgf000018_0006
par rapport à la référence temporelle considérée et, d'autre part, le temps symbole!.
Plus particulièrement, lors d'une étape E32Ga, la deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire est estimée en mettant en œuvre l'information de synchronisation fréquentieile fractionnaire. Pour ce faire, lors d'une étape E321a, une exponentielle complexe est appliquée au signal
Figure imgf000019_0001
afin d'implémenter une transposition en fréquence {dérotation du signai Plus particulièrement, le signal
Figure imgf000019_0002
est compensé de l'estimation de la partie fraction
Figure imgf000019_0003
naire du décalage fréquentiel. Par ailleurs, afin de simplifier la recherche de la partie entière de la deuxième information de synchronisation temporelle décrite ci-dessous en relation avec l'étape
E320c, le signal
Figure imgf000019_0004
est également pré-synchronisé en mettant en œuvre ia première information de synchronisation temporelle
Figure imgf000019_0005
On obtient ainsi le signai
Figure imgf000019_0006
en partie resynchronisé en fréquence :
[Math.13]
Figure imgf000019_0007
pour
Figure imgf000019_0008
On remarque ici qu'un bloc de N échantillons est considéré avant l'instant
Figure imgf000019_0009
Ceci est dû à notre hypothèse que le décalage temporel
Figure imgf000019_0010
est uniformément distribué dans l'ensemble
Figure imgf000019_0011
Dans d'autres modes de réalisation, le signal
Figure imgf000019_0012
n'est pas pré-synchronisé en mettant en œuvre la première information de synchronisation temporelle
Figure imgf000019_0013
Dans ce cas, la première information de synchronisation temporelle
Figure imgf000019_0014
peut par exemple être prise en compte dans les intervalles de recherche mis en œuvre pour estimer les parties fractionnaire et entière de la deuxième information de synchronisation temporelle comme décrit ci-dessous. Une telle prise en compte permet de simplifier l'estimation des parties fractionnaire et entière de la deuxième information de synchronisation temporelle. En d'autres termes, dans ces modes de réalisation les séquences d'échantillons du signal
Figure imgf000019_0015
considérées pour la détermination des parties fractionnaire et entière de la deuxième information de synchronisation temporelle correspondent également à des portions élémentaires de durée T de la portion du signal débutant à un Instant fonction de la première information de synchronisation temporelle
Figure imgf000019_0016
Ainsi, de retour à la Fig.3, lors d'une étape E322a, pour au moins une r-èrne séquence d'échantillons du signai
Figure imgf000019_0017
en partie resynchronisé en fréquence correspondant à une portion élémentaire de durée T de la portion du signal débutant à un instant fonction de ladite première information de synchronisation temporelle, une multiplication terme à terme est mise en œuvre entre, d'une part, ia séquence d'échantillons du signa
Figure imgf000019_0018
et, d'autre part, une séquence d'échantillons représentatifs du chirp de réference (tel qu'attendu dans le mot d'apprentissage) conjugué. Un tel chirp de référence conjugué est obtenu par application de la modulation à un chirp de base conjugué dont une fréquence instantanée varie entre la deuxième fréquence instantanée et la première fréquence instantanée pendant le temps symbole T. La multiplication délivre une séquence d'échantillons multipliés.
Lors d'une étape E323a, une transformée de Fourier de la séquence d'échantillons multipliés délivre une séquence d'échantillons multipliés transformés :
[Math.14] information de synchronisation temporelle fractionnaire correspond à une estimation de la partie fractionnaire Plus particulièrement, est donné par la distance à l'indice fréquentiei
Figure imgf000020_0001
du pic de pius forte amplitude dans la séquence d'échantillons multipliés i,e. par la distance à l'indice donné par
Figure imgf000020_0002
Afin d'améliorer l'estimation de la distance à l'indice en question, une méthode dichotomique est par exemple mise en œuvre afin de rechercher l'indice fréquentiei maximisant une fonction interpolée à partir des échantillons multipliés transformés
Figure imgf000020_0003
Préférentiellement, la fonction interpolée est un sinus cardinal afin de modéliser une transformée de Fourier à temps continue, une telle transformée offrant une résolution temporelle arbitrairement fine. Cependant d'autres types d'interpolations à partir des échantillons multipliés transformés peuvent être considérés (splines, etc.).
Figure imgf000020_0004
Par exemple, sous l'hypothèse que la fonction interpolée est concave sur le segment
Figure imgf000020_0005
de recherche de son maximum, une telle recherche par dichotomie peut prendre la forme suivante :
1) On considère un nombre de points
Figure imgf000020_0006
par exemple équidistants. Par exemple, on choisit p tel que L'intervalle d'analyse de
Figure imgf000020_0007
départ est ainsi
Figure imgf000020_0008
2) On Estime la fonction interpolée aux extrémités
Figure imgf000020_0009
et également au niveau des deux points au milieu de l'intervalle d'analyse, c'est à dire Si le
Figure imgf000020_0010
maximum de ia fonction interpolée évaluée pour ces quatre points est atteint pour l'un des deux points de la moitié gauche cet intervalle devient le nouvel intervalle d'analyse,
Figure imgf000021_0001
sinon le nouvel l'intervalle d'analyse sera l'intervalle
Figure imgf000021_0002
3) On reprend l'étape 2) avec le nouvel intervalle d'analyse, on calcule la fonction interpolée pour les nouveaux points associés au nouvel intervalle d'analyse et ainsi de suite.
Après p itérations, les deux extrémités de l'intervalle d'analyse seront deux points de division consécutifs (espacés par une distance On détermine pour lequel de ces derniers
Figure imgf000021_0003
deux points la valeur de la fonction interpolée est la plus grande. Le point correspondant à la plus grande valeur de la fonction interpolée est la solution recherchée.
Ainsi, une telle méthode de recherche par dichotomie mise en œuvre pour chacune des
Np séquences d'échantillons multipliés transformés
Figure imgf000021_0004
délivre une pluralité correspondante d'indices temporels estimés
Figure imgf000021_0005
De la sorte, lors d'une étape E324a, l'estimation est obtenue par moyennage des
Figure imgf000021_0006
indices temporels estimés
Figure imgf000021_0007
[Math.15]
Figure imgf000021_0008
Ainsi, l'estimation de la partie fractionnaire du décalage temporel du signai par rapport à la référence temporelle considérée est affinée via la détection d'une pluralité de chirps de référence successifs identiques (i.e. présentant tous une même variation de phase) ainsi que via la mise en œuvre du caicul de la moyenne.
Cependant, dans d'autres modes de réalisation, une telle moyenne n'est pas mise en œuvre afin de réduire la charge de calculs.
Dans d'autres modes de réalisation, la deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire est alternativement estimée par application d'une méthode connue à base de corrélation, comme par exemple la méthode décrite dans le document de brevet précité US 2014/064337 Al, à une séquence d'échantillons du signai en partie resynchronisé en
Figure imgf000021_0009
fréquence.
De retour à la Fig.3, lors d'une étape E320b, la deuxième information de synchronisation temporelle entière est estimée en mettant en œuvre l'information de synchronisation fréquentielle fractionnaire et la deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire. Plus particulièrement, lors d'une étape E321b, un signal en partie resynchronisé en fréquence et en temps, est obtenu par translation en temps du signai
Figure imgf000022_0002
sur la
Figure imgf000022_0001
base de la deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire
Figure imgf000022_0004
[Math.16]
Figure imgf000022_0003
Dans d'autres modes de réalisation, la transformée de Fourier donnée par l'équation [Math.14] est implémenté à une fréquence d'échantillonnage plus basse que la fréquence d'échantillonnage 1/Ts=N/T considérée jusqu'ici. Par exemple, la transformée de Fourier est implémentée à la fréquence 1/T (e.g. après décimation du signai
Figure imgf000022_0005
d'un facteur M/N), ce qui correspond à M échantillons par temps symbole T. Dans ces modes de réalisation, le signai échantillonné à la même fréquence initiale 1/Ts que le signal s'exprime
Figure imgf000022_0006
Figure imgf000022_0007
comme : [Math.17]
Figure imgf000022_0008
De retour à la Fig.3, lors d'une étape E322b, l'estimation de la deuxième information de synchronisation temporelle entière comprend une recherche par dichotomie itérative sur un intervalle temporel de recherche rnis à jour à chaque itération.
Plus particulièrement, sur la base des hypothèses précédemment faites ainsi que sur la base de l'estimation de la première information de synchronisation temporelle et de la deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire, P peut être déduit que le début du mot d'apprentissage présent dans le signai traité est donné par un échantillon, noté du signal
Figure imgf000022_0014
Figure imgf000022_0009
compris dans l'intervalle
Figure imgf000022_0010
avec a=1/2 et b=3/2. L'échantillon
Figure imgf000022_0015
en question correspond à la partie entière du décalage temporel du signal traité par rapport à la référence temporelle considérée et donc à la deuxième information de synchronisation temporelle entière au final.
Ainsi, la recherche de l'échantillon
Figure imgf000022_0011
consiste à dichotomiquement réduire l'intervalle
Figure imgf000022_0012
en faisant évoluer a et b au cours des Itérations sur la base de la compararaison de avec :
Figure imgf000022_0013
[Math.18] Dans l'équation [Math.18], est la transformée de Fourier du signal
Figure imgf000023_0001
multiplié par la séquence d'échantillons du chirp de référence conjugué considéré. En d'autres termes,
Figure imgf000023_0002
est obtenu en mettant en œuvre les traitements présents dans l'équation [Math.14] mais appliqués au signal
Figure imgf000023_0003
à la place du signai pour
Figure imgf000023_0004
Figure imgf000023_0005
Ainsi, pour une itération donnée de la présente recherche par dichotomie :
Figure imgf000023_0006
Par exemple, la recherche par dichotomie est arrêtée après un nombre prédéterminé d'itérations, e.g. après
Figure imgf000023_0007
itérations, avec la précision souhaitée sur
Figure imgf000023_0008
Figure imgf000023_0009
Dans les modes de réalisation précités dans lesquels le signal
Figure imgf000023_0010
n'est pas pré- synchronisé en mettant en œuvre la première information de synchronisation temporelle
Figure imgf000023_0011
(cf. étape E321a ci-dessus), la première information de synchronisation temporelle
Figure imgf000023_0012
peut être par exemple prise en compte dans les intervalles de recherche mis en œuvre dans la recherche par dichotomie itérative afin de simplifier la recherche de
Figure imgf000023_0013
Dans ces modes de réalisation ainsi que dans le mode de réalisation de la Fig.3, la recherche par dichotomie met en œuvre, pour une itération donnée correspondant à un intervalle temporel de recherche donné :
• une première transformée de Fourier d'une séquence d'échantillons du signal en partie resynchronisé en fréquence et en temps correspondant à une portion élémentaire de durée T du signa
Figure imgf000023_0014
débutant à un premier instant fonction de la première borne a de l'intervalle temporel de recherche donné et de la première information de synchronisation temporelle la première transformée de Fourier délivrant une
Figure imgf000023_0015
première séquence d'échantillons transformés ; et une deuxième transformée de Fourier d'une séquence d'échantillons du signal en partie resynchronisé en fréquence et en temps correspondant à une portion élémentaire de durée T du signa
Figure imgf000023_0016
débutant à un deuxième instant fonction de la deuxième borne h de l'intervalle temporel de recherche donné et de la première information de synchronisation temporelle la deuxième transformée de Fourier délivrant une
Figure imgf000023_0017
deuxième séquence d'échantillons transformés. L'itération donnée délivre un intervalle temporel de recherche mis à jour en fonction de l'intervalle temporel de recherche donné et des première et deuxième valeurs extrémales parmi les première et deuxième séquences d'échantillons transformés comme décrit ci-dessus. De même, la valeur attribuée à ainsi que le nombre d'itérations à considérer suivent les
Figure imgf000024_0001
principes décrits ci-dessus.
A l'issue de la mise en œuvre des différentes étapes du procédé de synchronisation selon l'invention, la première information de synchronisation temporelle
Figure imgf000024_0004
l'information de synchronisation fréquentielle fractionnaire la deuxième information de synchronisation
Figure imgf000024_0003
temporelle fractionnaire
Figure imgf000024_0002
et la deuxième information de synchronisation temporelle entière sont disponibles pour resynchroniser lors d'une étape E330 le signal traité reçu par le récepteur mettant en œuvre le procédé de synchronisation selon l'invention. Un tel signai resynchronisé
Figure imgf000024_0005
s'exprime par exemple selon :
[Math.19]
Figure imgf000024_0006
ou représente le nombre d'échantillons dans la période de garde.
Figure imgf000024_0007
Les données véhiculées par la partie utile du signal
Figure imgf000024_0008
peuvent alors être estimées selon les principes exposés dans le document de brevet EP 2449690 B1 par exemple.
On présente désormais, en relation avec la Fig, 4 un exemple de structure de dispositif 400 permettant de mettre en œuvre de certaines étapes du procédé de synchronisation de la Fig.3 selon un mode de réalisation de l'invention.
Le dispositif 400 comprend une mémoire vive 403 (par exemple une mémoire RAM), une unité de traitement 402 équipée par exemple d'un processeur, et pilotée par un programme d'ordinateur stocké dans une mémoire morte 401 (par exemple une mémoire ROM ou un disque dur). A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur sont par exemple chargées dans la mémoire vive 403 avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 402.
Cette Fig.4 illustre seulement une manière particulière, parmi plusieurs possibles, de réaliser le dispositif 400 afin qu'il effectue certaines étapes du procédé de synchronisation selon l'invention (selon l'un quelconque des modes de réalisation et/ou variantes décrit(e)s ci-dessus en relation avec la Fig.3). En effet, ces étapes peuvent être réalisées indifféremment sur une machine de calcul reprogrammable (un ordinateur PC, un processeur DSP ou un microcontrôleur) exécutant un programme comprenant une séquence d'instructions, ou sur une machine de calcul dédiée (par exemple un ensemble de portes logiques comme un FPGA ou un ASIC, ou tout autre module matériel).
Dans le cas où le dispositif 400 est réalisé avec une machine de calcul reprogrammable, le programme correspondant (c'est-à-dire la séquence d'instructions) pourra être stocké dans un médium de stockage amovible (tel que par exemple un CD-ROM, un DVD-ROM, une clé USB) ou non, ce médium de stockage étant lisible partiellement ou totalement par un ordinateur ou un processeur.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif 400 est indus dans la station de base 110, par exemple dans un récepteur de la station de base 110.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif 400 est indus dans l'objet 100, par exemple dans un récepteur de l'objet 100.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif 400 est indus dans un équipement de surveillance du réseau de radiocommunications, par exemple dans un récepteur de l'équipement en question.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de synchronisation d'un signai reçu par un récepteur de communication à partir de l'estimation d'au moins une information de synchronisation dudit signai, ledit signa! comprenant une pluralité de chirps parmi M chirps, un s-ème chirp parmi lesdits M chirps étant associé à un symbole de modulation de rang s de ladite constellation de M symboles, s étant un entier de 0 à M-1, ledit s-ème chirp résultant d'une modulation d'un chirp de base dont une fréquence instantanée varie entre une première fréquence instantanée et une deuxième fréquence instantanée pendant un temps symbole T, ladite modulation correspondant, pour ledit symbole de modulation de rang s, à une permutation circulaire du motif de variation de ladite fréquence instantanée sur ledit temps symbole T, obtenue par un décalage temporel de s fois une durée temporelle élémentaire Te, telle que M*Tc=T, ledit procédé comprenant, pour une portion dudit signal représentative d'au moins un chirp de ladite pluralité de chirps :
- une estimation (E300) d'une première information de synchronisation temporelle représentative d'un décalage temporel dudit signai par rapport à une référence temporelle donnée ;
- une estimation (E310), mettant en œuvre ladite première information de synchronisation temporelle, d'une information de synchronisation fréquentielle fractionnaire représentative d'un décalage fréquentie! dudit signal par rapport à une référence fréquentielle donnée module l'inverse dudit temps symbole T ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
- une estimation (E320), mettant en œuvre ladite information de synchronisation fréquentielle fractionnaire, d'au moins une deuxième information de synchronisation temporelle représentative d'un décalage temporel dudit signai par rapport à ladite référence temporelle donnée ; en ce que ladite portion dudit signal comprenant une pluralité de portions élémentaires successives de durée T débutant à un instant fonction de ladite première information de synchronisation temporelle, pour au moins un couple de portions élémentaires successives de ladite pluralité, ladite estimation de ladite information de synchronisation fréquentielie fractionnaire met en œuvre le calcul d'une phase (E310a), dite phase de corrélation, d'une valeur de corrélation entre, d'une part, ledit signai considéré sur une des portions élémentaires dudit couple et, d'autre part, ledit signal considéré sur l'autre des portions élémentaires dudit couple, ladite information de synchronisation fréquentîelle fractionnaire étant fonction de ladite phase de corrélation ; et en ce que ladite estimation de ladite au moins une deuxième information de synchronisation temporelle comprend une dérotation (E321a) de ladite portion dudit signai en fonction de ladite information de synchronisation fréquentîelle fractionnaire délivrant une portion dudit signai en partie resynchronisée en fréquence,
1. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite estimation de ladite au moins une deuxième information de synchronisation temporelle comprend une estimation (E320a), mettant en œuvre ladite information de synchronisation fréquentîelle fractionnaire, d'une deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire représentative d'un décalage temporel dudit signal par rapport à ladite référence temporelle donnée module ledit temps symbole T.
2. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite estimation de ladite au moins une deuxième information de synchronisation temporelle comprend une estimation (E32Qb), mettant en œuvre ladite information de synchronisation fréquentîelle fractionnaire et ladite deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire, d'une information de synchronisation temporelle entière représentative d'une partie entière d'un ratio entre, d'une part, ledit décalage temporel et, d'autre part, ledit temps symbole!.
3. Procédé selon la revendication 3, dans lequel ladite pluralité de portions élémentaires successives de durée T comprend au moins trois portions élémentaires, et dans lequel, pour chaque couple de portions élémentaires successives parmi lesdites au moins trois portions, ladite estimation de ladite information de synchronisation fréquentîelle fractionnaire met en œuvre ledit calcul de ladite phase de corrélation délivrant un jeu de phases de corrélations correspondant, ladite information de synchronisation fréquentîelle fractionnaire étant fonction d'une moyenne (E310h) des phases dudit jeu de phases de corrélations.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite estimation de ladite deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire comprend, pour au moins une séquence d'échantillons de ladite portion en partie resynchronisée en fréquence correspondant à une portion élémentaire de durée T de ladite portion dudit signal débutant à un instant fonction de ladite première information de synchronisation temporelle :
- une multiplication terme à terme (E322a) entre, d'une part, ladite séquence d'échantillons de ladite portion en partie resynchronisée en fréquence et, d'autre part, une séquence d'échantillons représentatifs d'un chirp de référence conjugué obtenu par application de ladite modulation à un chirp de base conjugué dont une fréquence instantanée varie entre ladite deuxième fréquence instantanée et ladite première fréquence instantanée pendant le temps symbole T, ladite multiplication délivrant une séquence d'échantillons multipliés ; et
- une transformée de Fourier (E323a) de ladite séquence d'échantillons multipliés délivrant une séquence d'échantillons multipliés transformés, ladite deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire étant fonction d'un échantillon de plus forte amplitude parmi lesdits échantillons multipliés transformés,
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ladite estimation de ladite deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire met en œuvre une méthode de recherche par dichotomie d'un indice fréquentiel maximisant une fonction interpolée à partir desdits échantillons multipliés transformés.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel ladite multiplication et ladite transformée de Fourier sont mises en œuvre pour une pluralité de séquences d'échantillons successives de ladite portion en partie resynchronisée en fréquence correspondant chacune à une portion élémentaire de durée T de ladite portion dudit signal débutant à un instant fonction de ladite première information de synchronisation temporelle délivrant au moins une pluralité correspondante de séquences d'échantillons multipliés transformés, dans lequel ladite recherche par dichotomie est mise en œuvre pour chaque séquence d'échantillons multipliés transformés de ladite pluralité de séquences d'échantillons multipliés transformés et délivre une pluralité d'indices fréquentiels correspondants, ladite deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire étant fonction d'une moyenne (E324a) desdits indices fréquentiels de ladite pluralité d'indices temporels.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 5 à 7, dans lequel ladite estimation de ladite deuxième information de synchronisation temporelle entière comprend une translation en temps (E321b) de ladite portion en partie resynchronisée en fréquence en fonction de ladite deuxième information de synchronisation temporelle fractionnaire délivrant une portion dudit signal en partie resynchronisée en fréquence et en temps.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel ladite estimation de ladite deuxième information de synchronisation temporelle entière comprend une recherche par dichotomie (E322b) itérative sur un intervalle temporel de recherche mis à jour à chaque itération, ladite recherche par dichotomie mettant en œuvre, pour une itération donnée correspondant à un intervalle temporel de recherche donné :
- une première transformée de Fourier d'une séquence d'échantillons de ladite portion en partie resynchronisée en fréquence et en temps correspondant à une portion élémentaire de durée T de ladite portion dudit signal débutant à un premier instant fonction d'une première- borne dudit intervalle temporel de recherche donné et de ladite première information de synchronisation temporelle, ladite première transformée de Fourier délivrant une première séquence d'échantillons transformés ; et
- une deuxième transformée de Fourier d'une séquence d'échantillons de ladite portion en partie resynchronisée en fréquence et en temps correspondant à une portion élémentaire de durée T de ladite portion dudit signal débutant à un deuxième instant fonction d'une deuxième borne dudit intervalle temporel de recherche donné et de ladite première information de synchronisation temporelle, ladite deuxième transformée de Fourier délivrant une deuxième séquence d'échantillons transformés, ladite itération donnée délivrant un intervalle temporel de recherche mis à jour en fonction dudit intervalle temporel de recherche donné et d'une valeur extrémale parmi lesdites première et deuxième séquences d'échantillons transformés, ladite recherche par dichotomie mise en œuvre pour un nombre prédéterminé d'itérations délivrant un intervalle temporel de recherche final, ladite deuxième information de synchronisation temporelle entière étant fonction d'au moins une borne dudit intervalle temporel de recherche final.
10. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
11. Dispositif de synchronisation d'un signai reçu par un récepteur de communication à partir de l'estimation d'au moins une information de synchronisation dudit signal, ledit signai comprenant une pluralité de chirps parmi M chirps, un s-ème chirp parmi lesdits M chirps étant associé à un symbole de modulation de rang s de ladite constellation de M symboles, s étant un entier de 0 à M-1, ledit s-ème chirp résultant d'une modulation d'un chirp de base dont une fréquence instantanée varie entre une première fréquence instantanée et une deuxième fréquence instantanée pendant un temps symbole T, ladite modulation correspondant, pour ledit symbole de modulation de rang s, à une permutation circulaire du motif de variation de ladite fréquence instantanée sur ledit temps symbole T, obtenue par un décalage temporel de s fois une durée temporelle élémentaire Te, telle que M*Tc=T, ledit dispositif comprenant une machine de calcul reprogrammable (402) ou une machine de- calcul dédiée configurée pour effectuer, pour une portion dudit signai représentative d'au moins un chirp de ladite pluralité de chirps :
- une estimation d'une première information de synchronisation temporelle représentative d'un décalage temporel dudit signal par rapport à une référence temporelle donnée ;
- une estimation, mettant en œuvre ladite première information de synchronisation temporelle, d'une information de synchronisation fréquentielle fractionnaire représentative d'un décalage fréquentie! dudit signal par rapport à une référence fréquentielle donnée module l'inverse dudit temps symbole T ; caractérisé en ce que ladite machine de calcul reprogrammable (402) ou ladite machine de calcul dédiée est configurée pour effectuer :
- une estimation, mettant en œuvre ladite information de synchronisation fréquentielle fractionnaire, d'au moins une deuxième information de synchronisation temporelle représentative d'un décalage temporel dudit signai par rapport à ladite référence temporelle donnée ; ers ce que ladite portion dudit signal comprenant une pluralité de portions élémentaires successives de durée T débutant à un instant fonction de ladite première information de synchronisation temporelle, pour au moins un couple de portions élémentaires successives de ladite pluralité, ladite estimation de ladite information de synchronisation fréquentielle fractionnaire met en œuvre le calcul! d'une phase (E310a), dite phase de corrélation, d'une valeur de corrélation entre, d'une part, ledit signal considéré sur une des portions élémentaires dudit couple et, d'autre part, ledit signal considéré sur l'autre des portions élémentaires dudit couple, ladite information de synchronisation fréquentielle fractionnaire étant fonction de ladite phase de corrélation ; et en ce que ladite estimation de ladite au moins une deuxième information de synchronisation temporelle comprend une dérotation (E321a) de ladite portion dudit signai en fonction de ladite information de synchronisation fréquentielle fractionnaire délivrant une portion dudit signal en partie resynchronisée en fréquence.
PCT/FR2021/050705 2020-04-23 2021-04-23 Procédé de synchronisation d'un signal comprenant une pluralité de chirps, produit programme d'ordinateur et dispositif correspondants WO2021214415A1 (fr)

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