WO2022122726A1 - Procede de generation et de demodulation d'un signal comprenant au moins un chirp, produits programme d'ordinateur et dispositifs correspondants - Google Patents

Procede de generation et de demodulation d'un signal comprenant au moins un chirp, produits programme d'ordinateur et dispositifs correspondants Download PDF

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WO2022122726A1
WO2022122726A1 PCT/EP2021/084578 EP2021084578W WO2022122726A1 WO 2022122726 A1 WO2022122726 A1 WO 2022122726A1 EP 2021084578 W EP2021084578 W EP 2021084578W WO 2022122726 A1 WO2022122726 A1 WO 2022122726A1
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WO
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chirp
signal
given
modulation
symbol
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/084578
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English (en)
Inventor
Guillaume Ferre
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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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/10—Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying
    • H04L27/103—Chirp modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0602—Systems characterised by the synchronising information used
    • H04J3/0614—Systems characterised by the synchronising information used the synchronising signal being characterised by the amplitude, duration or polarity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/18—Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/20—Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H04L27/2032—Modulator circuits; Transmitter circuits for discrete phase modulation, e.g. in which the phase of the carrier is modulated in a nominally instantaneous manner
    • H04L27/2053—Modulator circuits; Transmitter circuits for discrete phase modulation, e.g. in which the phase of the carrier is modulated in a nominally instantaneous manner using more than one carrier, e.g. carriers with different phases
    • H04L27/206—Modulator circuits; Transmitter circuits for discrete phase modulation, e.g. in which the phase of the carrier is modulated in a nominally instantaneous manner using more than one carrier, e.g. carriers with different phases using a pair of orthogonal carriers, e.g. quadrature carriers
    • H04L27/2067—Modulator circuits; Transmitter circuits for discrete phase modulation, e.g. in which the phase of the carrier is modulated in a nominally instantaneous manner using more than one carrier, e.g. carriers with different phases using a pair of orthogonal carriers, e.g. quadrature carriers with more than two phase states
    • H04L27/2075—Modulator circuits; Transmitter circuits for discrete phase modulation, e.g. in which the phase of the carrier is modulated in a nominally instantaneous manner using more than one carrier, e.g. carriers with different phases using a pair of orthogonal carriers, e.g. quadrature carriers with more than two phase states in which the data are represented by the change in carrier phase
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    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/18—Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/22—Demodulator circuits; Receiver circuits
    • H04L27/233—Demodulator circuits; Receiver circuits using non-coherent demodulation

Definitions

  • TITLE METHOD FOR GENERATION AND DEMODULATION OF A SIGNAL COMPRISING AT LEAST ONE CHIRP, COMPUTER PROGRAM PRODUCTS AND CORRESPONDING DEVICES
  • 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 for generating and processing such a waveform.
  • Such a waveform is used for the transmission of data via communication links of different kinds, e.g. acoustic, radio frequency, etc.
  • 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. These include, for example, the fields of health, sport, domestic applications (security, household appliances, etc.), object tracking, etc.
  • NB-loT for “Narrow Band - Internet of Things” in English
  • LTE MTC for “Long Term Evolution - Machine Type Communication” in English
  • EC-GSM-loT for “Extended Coverage - GSM - Internet of Things” in English.
  • patent EP 2 449 690 B1 describes a technique for transmitting information, on which the technology is based.
  • the first feedback points to unsatisfactory user experiences linked to limited performance of the radio link in real conditions.
  • modulation used appears to be sensitive to receiver timing.
  • the "chirp" waveform itself implies an equivalence between time synchronization error (resulting for example from a shift between the ideal and effective sampling instants of the received signal) and frequency synchronization error (resulting for example a shift between the carrier frequency of the received signal and the local oscillator generating the signal used for the frequency transposition of the received signal) as explained for example in international patent application number PCT/EP2020/067276.
  • the estimation of the synchronization parameters of chirp waveforms can only be done jointly between the time synchronization parameters and the frequency synchronization parameters, which may require a significant computational load.
  • a method for generating a signal comprising a first portion conveying data and a second portion conveying a signal synchronization word.
  • the first portion comprises at least one chirp among M chirps, an s-th chirp among the M chirps being associated with a modulation symbol of rank s of a constellation of M symbols, s being an integer from 0 to M1.
  • the s-th chirp results from a modulation of a base chirp whose instantaneous frequency varies between a first instantaneous frequency and a second instantaneous frequency during a symbol time T.
  • Such a method comprises: a generation of the first portion of the signal comprising, for the generation of a given chirp among said at least one chirp, a modulation of the basic chirp as a function of a corresponding given modulation symbol generating the given chirp ; and a generation of the second portion of the signal comprising an amplitude modulation of the second portion of the signal, an instantaneous amplitude of the second portion of the signal being proportional to a module of the synchronization word.
  • the invention proposes a new and inventive solution for estimating the time synchronization parameters of a signal comprising chirps, without having to estimate the frequency synchronization parameters of the signal in question.
  • the temporal synchronization can be based on reception on a detection of the modulus of the complex envelope of the received signal (the modulus in question corresponding to the instantaneous amplitude of the signal in question).
  • a module is independent of the phase of the signal, and therefore of any frequency error present between the receiver and the received signal.
  • the time synchronization parameters can thus be estimated without having to estimate the frequency synchronization parameters. Furthermore, the time synchronization parameters can be estimated precisely, even in the presence of frequency desynchronization.
  • the first portion comprises a temporal succession of chirps among the M chirps.
  • the temporal succession of chirps includes the given chirp.
  • the generation of the first portion comprises: a differential encoding between, on the one hand, a modulation symbol associated with a chirp preceding the given chirp in the temporal succession of chirps and, on the other hand, a given information symbol of the constellation of M symbols, the differential encoding delivering the given modulation symbol.
  • the differential encoding of the information symbols before the actual modulation of the chirps makes it possible to make the estimation of the symbols independent of frequency synchronization errors on reception.
  • the estimation of the symbols received therefore does not require not the estimation by the receiver of the frequency synchronization parameters of the signal to be demodulated.
  • the differential encoding implements a modulo M addition between, on the one hand, a first operand function of the modulation symbol associated with the chirp preceding the given chirp and, on the other hand, a second operand function of the given information symbol delivering the given modulation symbol.
  • the differential encoding and the modulation are implemented iteratively for a succession of information symbols delivering a sequence of chirps in the temporal succession of chirps.
  • the invention also relates to a method for demodulating a signal generated according to the generation method described above (according to any one of the aforementioned embodiments).
  • a demodulation method comprises: an estimation of time synchronization information of the signal implementing a correlation function between, on the one hand, an instantaneous amplitude of the signal and, on the other hand, the modulus of the synchronization word signal; and for a given portion of the first portion representative of a given chirp among said at least one chirp, the given portion being determined as a function of the time synchronization information, a demodulation of the given portion delivering an estimate of a symbol modulation of the constellation of M symbols associated with the given chirp.
  • the structure of the signal generated according to the technique described makes it possible to implement on reception an estimation of the time synchronization information via a correlation function between the module of the complex envelope of the signal received (the module in question corresponding to the instantaneous amplitude of the modulated signal) and the synchronization word.
  • a module is independent of the phase of the signal, and therefore of any frequency error present between the receiver and the received signal.
  • the time synchronization parameters of the signal can thus be estimated simply without having to estimate the frequency synchronization parameters.
  • the first portion comprises a temporal succession of chirps among the M chirps.
  • the demodulation method comprises: a differential decoding between, on the one hand, the estimate of the modulation symbol associated with the given chirp and, on the other hand, an estimate of a modulation symbol previously obtained by implementing the demodulation applied to another given portion of the first portion of the signal representative of a chirp preceding the given chirp in the temporal succession of chirps, the differential decoding delivering a decoded symbol.
  • An estimate of an information symbol conveyed by the signal is a function of the decoded symbol.
  • the differential decoding of the modulation symbols makes it possible to make the estimation of the received symbols independent of frequency synchronization errors.
  • the estimation of the symbols received therefore does not require the estimation by the receiver of the frequency synchronization parameters of the signal thus generated.
  • the differential decoding implements a difference modulo M between, on the one hand, a first operand function of the estimate of the modulation symbol associated with the given chirp and, on the other hand, a second operand function of the estimate of the modulation symbol previously obtained delivering the estimate of the information symbol conveyed by the signal.
  • the demodulation and the differential decoding are implemented iteratively for a succession of given portions of the first portion of the signal representative of a sequence of chirps in the temporal succession of chirps delivering a corresponding sequence of decoded symbols.
  • a sequence of estimates of information symbols conveyed by the signal being a function of the sequence of decoded symbols.
  • the synchronization word comprises successive terms, a value of each of the terms belonging to the group comprising a first zero value and a second non-zero predetermined value.
  • the waveform of the second portion of the signal thus generated has an instantaneous amplitude that is either substantially zero or substantially constant.
  • amplitude instantaneous of the chirps of the first portion of the signal also being constant, no major adaptation of the already existing transmitters/receivers for the processing of chirped signals is necessary in order to support the technique described.
  • saturated power amplifiers as conventionally used for efficiency reasons for amplifying chirped signals can also be used for amplifying the second portion of the signal according to the characteristics above.
  • Such a waveform having an instantaneous amplitude that is either substantially zero or substantially constant can for example be directly generated at the level of such a power amplifier by switching it according to the switching diagram between the first and second values of the synchronization word.
  • An autocorrelation function of the synchronization word has a main lobe and at least one secondary lobe.
  • a ratio between an amplitude of the main lobe and an amplitude of a secondary lobe of maximum amplitude among said at least one secondary lobe is greater than or equal to Nbp/(2 (n+2)/ ⁇ 2 +1).
  • the estimation of the time synchronization information is precise via the use of synchronization words having good autocorrelation properties, such as for example the Gold, Kasami, Zadoff-Chu sequences, etc.
  • a cross-correlation function between, on the one hand, the synchronization word and, on the other hand, another synchronization word of the plurality of synchronization words has a main lobe and at least one secondary lobe.
  • a ratio between an amplitude of the main lobe and an amplitude of a secondary lobe of maximum amplitude among said at least one secondary lobe is greater than or equal to Nbp/(2 ⁇ n+2 ⁇ 2 +1).
  • the receiver can synchronize itself on a given signal by searching for the synchronization word associated with the signal in question.
  • This is possible through the use of synchronization words with good cross-correlation properties, such as Gold sequences, Kasami sequences, Zadoff-Chu sequences, etc.
  • it can be assigned one synchronization word per user, or else one synchronization word per spreading factor in a use case similar to that of LoRa technology.
  • the invention also relates to a computer program comprising program code instructions for the implementation of a method as described previously, according to any one of its various embodiments, when it is executed on a computer.
  • the invention also relates to a device for generating a signal comprising a first portion conveying data and a second portion conveying a signal synchronization word.
  • a generation device comprises a reprogrammable calculation machine or a dedicated calculation machine configured to implement the steps of the generation method according to the invention (according to any one of the various aforementioned embodiments).
  • the characteristics and advantages of this device are the same as those of the corresponding steps of the generation method described previously. Therefore, they are not further detailed.
  • the invention also relates to a device for demodulating a signal generated according to the generation method described above (according to any one of the aforementioned embodiments).
  • a demodulation device comprises a reprogrammable calculation machine or a dedicated calculation machine configured to implement the steps of the demodulation method according to the invention (according to any one of the various aforementioned embodiments).
  • the characteristics and advantages of this device are the same as those of the corresponding steps of the demodulation method described above. Therefore, they are not further detailed.
  • FIG.l represents an object connected to a base station of a radio communication network 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 chirp frequency resulting from the modulation of the basic chirp of Fig.2a via the circular permutation illustrated in Fig.2b;
  • FIG.3 represents the steps of a method for generating a signal comprising a first portion conveying data and a second portion conveying a synchronization word according to one embodiment of the invention;
  • FIG-4 represents the steps of a method for demodulating a signal generated by implementing the method of Fig.3 according to one embodiment of the invention
  • FIG.5 represents an example of device structure allowing the implementation of certain steps of the generation method of Fig.3 and/or of the demodulation method of Fig.4 according to an embodiment of the invention .
  • the general principle of the invention is based on the use of a different waveform to convey, on the one hand, the useful data and, on the other hand, to convey the information allowing the synchronization of the receiver and the signal to be processed (i.e. the synchronization word or learning word).
  • the data is conveyed here via modulated chirps.
  • a waveform implies an equivalence between time synchronization error and frequency synchronization error.
  • An estimation of synchronization information made from chirps thus involves jointly estimating the time synchronization error and the frequency synchronization error of the receiver.
  • the information allowing the synchronization of the receiver on the signal to be processed is conveyed by the instantaneous amplitude of a portion of the signal to be processed.
  • Time synchronization can thus be based on reception on detection of the modulus of the complex envelope of the portion in question of the signal to be processed (the modulus in question corresponding to the instantaneous amplitude of the portion in question).
  • Such a module is independent of the phase of the signal, and therefore of any frequency error present between the receiver and the signal to be processed.
  • the time synchronization parameters can thus be estimated without having to estimate the frequency synchronization parameters. Furthermore, the time synchronization parameters can be estimated precisely, even in the presence of frequency desynchronization.
  • Fig.l illustrates an object 100 connected to a base station 110 of a radiocommunication network (for example a network of the low speed and low consumption type) according to one embodiment of the invention. More particularly, the radiocommunication network puts implements a so-called “chirp” waveform in order to convey the payload data and another waveform in order to convey the synchronization words as detailed below.
  • a radiocommunication network for example a network of the low speed and low consumption type
  • Such a basic chirp is defined as the chirp from which the other chirps used for the transmission of information are obtained following the modulation process by the modulation symbols.
  • the instantaneous phase (ie the phase of the complex envelope representing the considered chirp) of the basic chirp is expressed for t in the interval
  • T the symbol duration (also called signaling interval for example in the standard
  • the instantaneous frequency is thus linked to the angular rotation speed in the complex plane of the vector whose coordinates are given by the in-phase and quadrature signals representing the modulating signal (ie the real and imaginary parts of the complex envelope in practice) intended to modulate the radio frequency carrier so as to transpose the basic chirp signal onto a carrier frequency.
  • the instantaneous frequency of the basic chirp illustrated in Fig.2a is linear in time, ie varies linearly between a first instantaneous frequency, here -B/2, and a second instantaneous frequency, here +B/2, during the duration T of a symbol.
  • a chirp exhibiting a linear instantaneous frequency is used as a base chirp (also called a "raw" chirp) in the LoRa standard.
  • base chirps are considered, for example base chirps whose instantaneous frequency has a negative slope, or else whose instantaneous frequency does not vary linearly in time.
  • m k is an integer value between 0 and Ml 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 a frame structure. More particularly, the signal transmitted by the object 100 comprises a first portion of signal carrying payload data (ie the signal described above) and a second signal portion carrying a synchronization word (or learning word) of duration It is assumed in the following that the second signal portion is positioned in time upstream of the useful data. This assumption does not detract from the generality of the problem dealt with in the present application. Moreover, the nature of the second portion will be detailed further below in relation to Fig.3 and Fig.4. The complex envelope of the transmitted signal transmitted by object 100 is then written:
  • the signal received at the level of the base station 110 is expressed, after sampling at the frequency 1/Ts: represents the time desynchronization of the received signal;
  • the first portion of the signal is generated. More particularly, for the generation of a given chirp (eg a chirp of index k) among the chips that make up the first portion , a modulation of the basic chirp is performed according to a given modulation symbol associated with the given chirp is thus a integer value between 0 and M1 identified with the aforementioned quantity mk.
  • a modulation of the basic chirp is performed according to a given modulation symbol associated with the given chirp is thus a integer value between 0 and M1 identified with the aforementioned quantity mk.
  • Such modulation corresponds to the mechanism described above in relation to Fig.2a, Fig.2b and Fig.2c (circular permutation of the variation pattern of the instantaneous frequency of the basic chirp on the symbol time Ts).
  • the second portion signal is generated.
  • the second portion signal is modulated in amplitude as a function of a synchronization word (or learning word). More particularly, an instantaneous amplitude (defined in the present application as equal to the modulus of the complex envelope in question) of the second portion is modulated so as to be proportional to a modulus of the synchronization word (whose complex envelope may be real or complex depending on the implementations).
  • the second portion is generated by amplitude modulation of a sinusoidal carrier as a function of the modulus of the synchronization word.
  • the modulus of the synchronization word being conveyed by the instantaneous amplitude of the signal can be based on reception on a detection of the modulus of the complex envelope of the received signal.
  • Such a module is independent of the phase of the signal, and therefore of any frequency error present between the receiver and the received signal.
  • the time synchronization parameters can thus be estimated without having to estimate the frequency synchronization parameters. More details on the synchronization as well as on the nature of the synchronization word are given below in relation to Fig.4.
  • the first portion includes a temporal succession of several chirps (ie that is strictly greater than 1).
  • the given chirp considered above and modulated by the given modulation symbol is part of the temporal succession of chirps.
  • the modulation symbol is obtained by differential encoding between, on the one hand, a modulation symbol associated with a chirp preceding the given chirp in the temporal succession of chirps and, on the other hand, a given information symbol of the constellation of M symbols.
  • the differential encoding making it possible to obtain the modulation symbol implements a modulo M addition between, on the one hand, a first operand depending on the modulation symbol and, on the other hand, the second operand function of the information symbol given.
  • differential encoding implements the equation implementation of differential encoding (p) a predetermined constellation symbol is used instead of the modulation symbol
  • the given chirp and the chirp preceding the given chirp are not adjacent in the temporal succession of chirps.
  • the given modulation symbol is obtained by differential encoding between a modulation symbol with p an integer greater than 1, and a given information symbol of the constellation of M symbols, for example via a sum modulo M.
  • the terminology "chirp preceding the given chirp in the temporal succession of chirps" covers both the case of temporally adjacent chirps and the case of non-adjacent chirps temporally.
  • additional differential encodings are further implemented.
  • Each additional differential encoding is implemented between, on the one hand, a modulation symbol ⁇ 7' associated with a p-th chirp preceding the given chirp in the temporal succession of chirps, p being an integer greater than 1, and, on the other hand, a symbol k-p' ; p' being an integer greater than 1 different from p, in a sequence of information symbols of the constellation of M symbols.
  • the additional differential encoding delivers a corresponding intermediate modulation symbol.
  • the aforementioned steps E310a and E310b are implemented iteratively for a succession of symbols in order to generate a temporal sequence of modulated chirps included in the signal transmitting.
  • such differential encoding is not implemented.
  • a direct chirp modulation without differential encoding is implemented with a second portion of the signal according to the present technique.
  • Such a combination allows demodulation of the payload data in cases such as a static link in which no frequency variation takes place (eg Doppler shift, carrier frequency error between transmission and reception, etc.).
  • techniques other than differential encoding can be envisaged in order to obtain that the demodulation of the payload data only requires time synchronization for the demodulation.
  • the transmitted signal can be pre-distorted so as to compensate for the frequency error undergone during propagation (eg Doppler) and/or at the time of the processing implemented on reception (eg carrier frequency error between the transmission and reception).
  • time synchronization information of the signal is estimated by implementing a correlation function between, on the one hand, a instantaneous signal amplitude (ie a module of the complex envelope in question: and, on the other hand, the module of the signal synchronization word.
  • a instantaneous signal amplitude ie a module of the complex envelope in question: and, on the other hand, the module of the signal synchronization word.
  • the time synchronization information is for example given by the index of the sample n corresponding to the maximum, in modulus, of the correlation function in question.
  • the correlation function takes the following form: with the total number of samples of the second signal portion carrying the synchronization word
  • the correlation function is normalized, ie varies between a minimum value and a predetermined maximum value. For example, it is decided that the time synchronization information corresponds to a signal actually detected, and therefore the time synchronization information can be used, if the modulus of the correlation function exceeds a predetermined threshold.
  • the level of a such a threshold is for example decided in order to obtain a given rate of missed detections (or a given probability of false alarm).
  • the correlation function is not normalized.
  • the structure of the signal ⁇ ' ' makes it possible to estimate the time synchronization information via a correlation function implementing the modulus of the complex envelope of the received signal (the modulus in question corresponding to the instantaneous amplitude of the modulated signal) and the synchronization word.
  • a correlation function implementing the modulus of the complex envelope of the received signal (the modulus in question corresponding to the instantaneous amplitude of the modulated signal) and the synchronization word.
  • Such a module is independent of the phase of the signal, and therefore of any frequency error present between the receiver and the received signal.
  • the time synchronization parameters of the signal can thus be estimated simply, in particular without having to estimate the frequency synchronization parameters.
  • the aforementioned correlation function implements an autocorrelation function of the synchronization word.
  • the estimation of the time synchronization information is precise via the use of synchronization words having good autocorrelation properties, such as for example the sequences of Gold, of Kasami, of Zadoff-Chu, etc.
  • the ratio between the amplitude of the main lobe and the amplitude of the secondary lobes can only take the three values Nbp, and ) if n is odd, and ) if n is even.
  • the synchronization word comprises successive terms.
  • An autocorrelation function of the synchronization word has a main lobe and at least one secondary lobe.
  • a ratio between an amplitude of said main lobe and an amplitude of a secondary lobe of maximum amplitude among the secondary lobe(s) being greater than or equal to
  • the aforementioned sequences also exhibit good cross-correlation properties.
  • reconsidering Gold's sequences including successive terms the ratio between the amplitude of the main lobe and the amplitude of the secondary lobes of cross-correlation functions between specifically chosen sequences cannot also take only the three values if n is odd, and Nbp, if n is even.
  • the synchronization word belongs to a plurality of synchronization words of successive terms.
  • a function cross-correlation between, on the one hand, the synchronization word and, on the other hand, another synchronization word of the plurality of synchronization words has a main lobe and at least one secondary lobe.
  • a ratio between a main lobe amplitude and a maximum amplitude sidelobe amplitude among the sidelobe(s) is greater than or equal to
  • the receiver can synchronize itself on a given signal by searching for the synchronization word associated with the signal in question. For example, a different synchronization word can be allocated, among a given plurality of synchronization words, per user. Alternatively, it can be assigned a different synchronization word per spreading factor, e.g. in a use case similar to that of LoRa technology.
  • the value of the successive terms of the synchronization word belongs to the group comprising a first zero value and a second non-zero predetermined value.
  • the waveform of the second portion of the signal thus generated has an instantaneous amplitude that is either substantially zero or substantially constant. Since the instantaneous amplitude of the chirps of the first portion of the signal is also constant, no major adaptation of the already existing transmitters/receivers for the processing of chirp signals is necessary in order to support the technique described.
  • saturated power amplifiers as conventionally used for efficiency reasons for amplifying chirped signals can also be used for amplifying the second portion of the signal according to the characteristics above.
  • Such a waveform having an instantaneous amplitude that is either substantially zero or substantially constant can for example be directly generated at the level of such a power amplifier by switching it according to the switching scheme between the first and second values of the synchronization word.
  • a given portion of the first portion representative of a given chirp among the chirps conveyed by the first portion in question is determined as a function of the time synchronization information determined during the implementation of step E410.
  • the portion given is a fraction of the first portion over a time window with a duration equal to the duration of a chirp.
  • the time window in question is selected around the correlation peak which was determined during the implementation of step E410.
  • a demodulation of the given portion delivers an estimate a modulation symbol associated with the given chirp (eg a chirp of index k).
  • a modulation symbol associated with the given chirp is estimated according to the principles set out in the patent document EP 2449 690 B1.
  • the first portion comprises a temporal succession of chirps (ie that is strictly greater than 1). It is further assumed that the given chirp considered above is part of the temporal succession of chirps.
  • an estimate of an information symbol conveyed by the first portion is obtained by differential decoding between on the one hand, of the modulation symbol associated with the given chirp and, on the other hand, an estimate of a modulation symbol previously obtained by an implementation of step E420 applied to another portion of the first portion representative of a preceding chirp the given chirp in the temporal succession of chirps.
  • the differential decoding implements a difference modulo M between, on the one hand, a first operand depending on the estimate of the symbol of modulation associated with the given chirp and, on the other hand, a second operand depending on the estimate of the modulation symbol previously obtained.
  • differential decoding implements the equation mod A
  • at first implementation of differential decoding (ie for k 0), a predetermined constellation symbol is used instead of the estimate
  • a differential decoding between and an estimate of the modulation symbol conveyed by the p-th chirp preceding the given chirp in the temporal succession of chirps, ie is implemented to deliver the estimate of the information symbol, for example via a difference modulo M.
  • the rank kp (ie relative to the chirp given) of the chirp preceding the given chirp in the temporal succession of chirps is identical for the implementation of the differential decoding and the differential encoding as described above in relation to FIG.
  • corresponding additional differential decodings are also implemented between, on the one hand, an estimated of the modulation symbol associated with a p-th chirp preceding the given chirp in the temporal succession of chirps, p being an integer greater than 1, and, on the other hand, an estimated of the modulation symbol associated with a p'-th chirp preceding the given chirp in the temporal succession of chirps, p' being an integer greater than 1 different from p.
  • the additional differential decoding in question delivers a corresponding decoded symbol.
  • the indices kp and kp' of the components of each pair of estimates on which a differential decoding is applied correspond to the indices of a corresponding pair for which a differential encoding has been implemented during the generation of the temporal succession of chirps.
  • Such a differential decoding implemented for K couples outputs K corresponding decoded symbols.
  • the aforementioned steps E420 and E430 are implemented iteratively for a succession of portions of the first portion representative of a sequence of chirps in the temporal succession of chirps in order to extract a series of information symbols conveyed by the signal.
  • step E430 is not implemented in certain embodiments.
  • FIG. 5 an example of structure of device 500 making it possible to implement certain steps of the generation method of FIG. 3 and/or of the demodulation method of FIG. realization of the invention.
  • the device 500 comprises a random access memory 503 (for example a RAM memory), a processing unit 502 equipped for example with a processor, and controlled by a computer program stored in a read only memory 501 (for example a ROM memory or a disk hard). On initialization, the code instructions of the computer program are for example loaded into the RAM 503 before being executed by the processor of the processing unit 502.
  • a random access memory 503 for example a RAM memory
  • a processing unit 502 equipped for example with a processor
  • a computer program stored in a read only memory 501 for example a ROM memory or a disk hard
  • This Fig.5 illustrates only one particular way, among several possible, of making the device 500 so that it performs certain steps of the generation of Fig.3 and/or of the demodulation method of Fig.4 (according to the any of the embodiments and/or variants described above in relation to Fig.3 and Fig.4). Indeed, these steps can be carried out either on a reprogrammable calculation machine (a PC computer, a DSP processor or a microcontroller) executing a program comprising a sequence of instructions, or on a dedicated calculation machine (for example a set of logic gates like an FPGA or an ASIC, or any other hardware module).
  • a reprogrammable calculation machine a PC computer, a DSP processor or a microcontroller
  • a dedicated calculation machine for example a set of logic gates like an FPGA or an ASIC, or any other hardware module.
  • the corresponding program (that is to say the sequence of instructions) could be stored in a removable storage medium (such as for example a CD- ROM, a DVD-ROM, a USB key) or not, this storage medium being partially or totally readable by a computer or a processor.
  • a removable storage medium such as for example a CD- ROM, a DVD-ROM, a USB key
  • device 500 is included in base station 110.
  • device 500 is included in object 100.
  • the device 500 is included in radio network monitoring equipment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de génération d'un signal comprenant une première portion véhiculant des données et une deuxième portion véhiculant un mot de synchronisation du signal. La première portion comprend un ou plusieurs 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 : - une génération (E310) de la première portion du signal comprenant, pour la génération d'un chirp donné parmi le ou les chirps modulés, une modulation du chirp de base en fonction d'un symbole de modulation donné correspondant générant le chirp donné; et - une génération (E320) de la deuxième portion du signal comprenant une modulation en amplitude de la deuxième portion du signal, une amplitude instantanée de la deuxième portion du signal étant proportionnelle à un module du mot de synchronisation.

Description

DESCRIPTION
TITRE : PROCEDE DE GENERATION ET DE DEMODULATION D'UN SIGNAL COMPRENANT AU MOINS UN CHIRP, PRODUITS PROGRAMME D'ORDINATEUR ET DISPOSITIFS 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 génération et de traitement 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 à laquelle ont été confrontés les inventeurs de la présente demande de brevet. L'invention ne se limite bien sûr pas à ce domaine particulier d'application, mais présente un intérêt pour le traitement de tout signal de communication basé sur l'utilisation d'une forme d'onde dite « chirp » pour la transmission de données.
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 Generation Partnership Project » en anglais) : NB-loT (pour « Narrow Band - Internet of Things » 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 2 449 690 B1 décrit une technique de transmission de l'information, sur laquelle se base la technologie
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. Par ailleurs, la forme d'onde « chirp » elle-même implique une équivalence entre erreur de synchronisation temporelle (résultant par exemple d'un décalage entre les instants d'échantillonnages idéaux et effectifs du signal reçu) et erreur de synchronisation fréquentielle (résultant par exemple d'un décalage entre la fréquence porteuse du signal reçu et l'oscillateur local générant le signal utilisé pour la transposition en fréquence du signal reçu) comme expliqué par exemple dans la demande de brevet internationale numéro PCT/EP2020/067276. De la sorte, l'estimation des paramètres de synchronisation de formes d'ondes chirps ne peut se faire que de manière conjointe entre les paramètres de synchronisation temporelle et les paramètres de synchronisation fréquentielle, ce qui peut nécessiter une charge de calcul importante.
Alternativement, des solutions ont été envisagées afin de permettre un découplage entre erreur de synchronisation temporelle et erreur de synchronisation fréquentielle lors de l'estimation des symboles d'information véhiculés par de telles formes d'ondes. Par exemple, la demande de brevet internationale précitée décrit une technique d'encodage différentiel des symboles d'information avant modulation des chirps. Une telle technique permet de rendre l'estimation des symboles en question indépendante d'erreurs de synchronisation fréquentielle à la réception. Dans une telle situation, seuls les paramètres de synchronisation temporelle sont nécessaires à l'estimation des symboles d'information véhiculés par les chirps. L'estimation des paramètres de synchronisation fréquentielle devient ainsi superflue.
Il existe ainsi un besoin pour une technique permettant d'estimer les paramètres de synchronisation temporelle d'un signal comprenant des chirps sans avoir à estimer les paramètres de synchronisation fréquentielle. Par ailleurs, les paramètres de synchronisation temporelle doivent être estimés précisément même en présence de désynchronisation fréquentielle.
Exposé de l'invention
Dans un mode de réalisation de l'invention, il est proposé un procédé de génération d'un signal comprenant une première portion véhiculant des données et une deuxième portion véhiculant un mot de synchronisation du signal. La première portion comprend au moins un chirp parmi M chirps, un s-ème chirp parmi les M chirps étant associé à un symbole de modulation de rang s d'une constellation de M symboles, s étant un entier de 0 à M-l. 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 Te, telle que M*Tc=T. Un tel procédé comprend : une génération de la première portion du signal comprenant, pour la génération d'un chirp donné parmi ledit au moins un chirp, une modulation du chirp de base en fonction d'un symbole de modulation donné correspondant générant le chirp donné ; et une génération de la deuxième portion du signal comprenant une modulation en amplitude de la deuxième portion du signal, une amplitude instantanée de la deuxième portion du signal étant proportionnelle à un module du mot de synchronisation.
Ainsi, l'invention propose une solution nouvelle et inventive pour estimer les paramètres de synchronisation temporelle d'un signal comprenant des chirps, sans avoir à estimer les paramètres de synchronisation fréquentielle du signal en question.
Plus particulièrement, le module du mot de synchronisation étant ici véhiculé par l'amplitude instantanée du signal, la synchronisation temporelle peut se baser à la réception sur une détection du module de l'enveloppe complexe du signal reçu (le module en question correspondant à l'amplitude instantanée du signal en question). Un tel module est indépendant de la phase du signal, et donc de toute erreur fréquentielle présente entre le récepteur et le signal reçu. Les paramètres de synchronisation temporelle peuvent ainsi être estimés sans avoir à estimer les paramètres de synchronisation fréquentielle. Par ailleurs, les paramètres de synchronisation temporelle peuvent être estimés précisément, même en présence de désynchronisation fréquentielle.
Dans des modes de réalisation, la première portion comprend une succession temporelle de chirps parmi les M chirps. La succession temporelle de chirps comprend le chirp donné. La génération de la première portion comprend : un encodage différentiel entre, d'une part, un symbole de modulation associé à un chirp précédant le chirp donné dans la succession temporelle de chirps et, d'autre part, un symbole d'information donné de la constellation de M symboles, l'encodage différentiel délivrant le symbole de modulation donné.
Ainsi, l'encodage différentiel des symboles d'information avant la modulation proprement dite des chirps permet de rendre l'estimation des symboles indépendante d'erreurs de synchronisation fréquentielle à la réception. L'estimation des symboles reçus ne nécessite donc pas l'estimation par le récepteur des paramètres de synchronisation fréquentielle du signal à démoduler.
Dans des modes de réalisation, l'encodage différentiel met en oeuvre une addition modulo M entre, d'une part, un premier opérande fonction du symbole de modulation associé au chirp précédant le chirp donné et, d'autre part, un deuxième opérande fonction du symbole d'information donné délivrant le symbole de modulation donné.
Ainsi, l'implémentation est simple et robuste.
Dans des modes de réalisation, l'encodage différentiel et la modulation sont mis en oeuvre itérativement pour une succession de symboles d'information délivrant une suite de chirps dans la succession temporelle de chirps.
Ainsi, l'ensemble des symboles d'information véhiculés dans la suite de chirps peuvent être estimés à la réception sans avoir à estimer les paramètres de synchronisation fréquentielle du signal ainsi généré.
L'invention concerne également un procédé de démodulation d'un signal généré selon le procédé de génération décrit ci-dessus (selon l'un quelconque des modes de réalisation précités). Un tel procédé de démodulation comprend : une estimation d'une information de synchronisation temporelle du signal mettant en oeuvre une fonction de corrélation entre, d'une part, une amplitude instantanée du signal et, d'autre part, le module du mot de synchronisation du signal ; et pour une portion donnée de la première portion représentative d'un chirp donné parmi ledit au moins un chirp, la portion donnée étant déterminée en fonction de l'information de synchronisation temporelle, une démodulation de la portion donnée délivrant un estimé d'un symbole de modulation de la constellation de M symboles associé au chirp donné.
Ainsi, la structure du signal généré selon la technique décrite permet de mettre en oeuvre à la réception une estimation de l'information de synchronisation temporelle via une fonction de corrélation entre le module de l'enveloppe complexe du signal reçu (le module en question correspondant à l'amplitude instantanée du signal modulé) et le mot de synchronisation. Un tel module est indépendant de la phase du signal, et donc de toute erreur fréquentielle présente entre le récepteur et le signal reçu. Les paramètres de synchronisation temporelle du signal peuvent ainsi être estimés simplement sans avoir à estimer les paramètres de synchronisation fréquentielle. Dans des modes de réalisation, la première portion comprend une succession temporelle de chirps parmi les M chirps. Le procédé de démodulation comprend : un décodage différentiel entre, d'une part, l'estimé du symbole de modulation associé au chirp donné et, d'autre part, un estimé d'un symbole de modulation préalablement obtenu par mise en oeuvre de la démodulation appliquée à une autre portion donnée de la première portion du signal représentative d'un chirp précédant le chirp donné dans la succession temporelle de chirps, le décodage différentiel délivrant un symbole décodé. Un estimé d'un symbole d'information véhiculé par le signal est fonction du symbole décodé.
Ainsi, le décodage différentiel des symboles de modulation (les symboles de modulation résultant d'un encodage différentiel des symboles d'information à l'émission) permet de rendre l'estimation des symboles reçus indépendante d'erreurs de synchronisation fréquentielle. L'estimation des symboles reçus ne nécessite donc pas l'estimation par le récepteur des paramètres de synchronisation fréquentielle du signal ainsi généré.
Dans des modes de réalisation, le décodage différentiel met en oeuvre une différence modulo M entre, d'une part, un premier opérande fonction de l'estimé du symbole de modulation associé au chirp donné et, d'autre part, un deuxième opérande fonction de l'estimé du symbole de modulation préalablement obtenu délivrant l'estimé du symbole d'information véhiculé par le signal.
Ainsi, l'implémentation est simple et robuste.
Dans des modes de réalisation, la démodulation et le décodage différentiel sont mis en oeuvre itérativement pour une succession de portions données de la première portion du signal représentatives d'une suite de chirps dans la succession temporelle de chirps délivrant une suite correspondante de symboles décodés. Une suite d'estimés de symboles d'information véhiculés par le signal étant fonction de la suite de symboles décodés.
Ainsi, l'ensemble des symboles d'information véhiculés dans la suite de chirps sont estimés sans avoir à estimer les paramètres de synchronisation fréquentielle du signal ainsi généré.
Dans des modes de réalisation, le mot de synchronisation comprend des termes successifs, une valeur de chacun des termes appartenant au groupe comprenant une première valeur nulle et une deuxième valeur prédéterminée non nulle.
Ainsi, la forme d'onde de la deuxième portion du signal ainsi généré présente une amplitude instantanée soit sensiblement nulle soit sensiblement constante. L'amplitude instantanée des chirps de la première portion du signal étant également constante, aucune adaptation majeure des émetteurs/récepteurs déjà existants pour le traitement de signaux chirps n'est nécessaire afin de supporter la technique décrite. Par exemple des amplificateurs de puissance saturés tels que classiquement utilisés pour des raisons de rendement pour l'amplification de signaux chirps peuvent également être utilisés pour l'amplification de la deuxième portion du signal selon les caractéristiques ci-dessus. Une telle forme d'onde présentant une amplitude instantanée soit sensiblement nulle soit sensiblement constante peut par exemple être directement générée au niveau d'un tel amplificateur de puissance en le commutant selon le schéma de commutation entre les première et deuxième valeurs du mot de synchronisation.
Dans des modes de réalisation, le mot de synchronisation comprend Nbp = 2n - 1 termes successifs. Une fonction d'autocorrélation du mot de synchronisation présente un lobe principal et au moins un lobe secondaire. Un ratio entre une amplitude du lobe principal et une amplitude d'un lobe secondaire d'amplitude maximale parmi ledit au moins un lobe secondaire est supérieur ou égal à Nbp / (2(n+2)/<2 + 1).
Ainsi, l'estimation de l'information de synchronisation temporelle est précise via l'utilisation de mots de synchronisation présentant de bonnes propriétés d'autocorrélation, comme par exemple les séquences de Gold, de Kasami, de Zadoff-Chu, etc.
Dans des modes de réalisation, le mot de synchronisation appartient à une pluralité de mot de synchronisation de Nbp = 2n - 1 termes successifs. Une fonction d'intercorrélation entre, d'une part, le mot de synchronisation et, d'autre part, un autre mot de synchronisation de la pluralité de mot de synchronisation présente un lobe principal et au moins un lobe secondaire. Un ratio entre une amplitude du lobe principal et une amplitude d'un lobe secondaire d'amplitude maximale parmi ledit au moins un lobe secondaire est supérieur ou égal à Nbp / (2^n+2^2 + 1).
Ainsi, même en présence de collisions entre signaux, le récepteur peut se synchroniser sur un signal donné en recherchant le mot de synchronisation associé au signal en question. Ceci est possible via l'utilisation de mots de synchronisation présentant de bonnes propriétés d'intercorrélation, comme par exemple les séquences de Gold, les séquences de Kasami, les séquences de Zadoff-Chu, etc. Par exemple, il peut être attribué un mot de synchronisation par utilisateur, ou bien un mot de synchronisation par facteur d'étalement dans un cas d'utilisation similaire à celui de la technologie LoRa . L'invention concerne également un programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre d'un procédé tel que décrit précédemment, selon l'un quelconque de ses différents modes de réalisation, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur.
L'invention concerne également un dispositif de génération d'un signal comprenant une première portion véhiculant des données et une deuxième portion véhiculant un mot de synchronisation du signal. Un tel dispositif de génération comprend une machine de calcul reprogrammable ou une machine de calcul dédiée configurée pour mettre en oeuvre les étapes du procédé de génération 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 génération décrit précédemment. Par conséquent, ils ne sont pas détaillés plus amplement.
L'invention concerne également un dispositif de démodulation d'un signal généré selon le procédé de génération décrit ci-dessus (selon l'un quelconque des modes de réalisation précités). Un tel dispositif de démodulation comprend une machine de calcul reprogrammable ou une machine de calcul dédiée configurée pour mettre en oeuvre les étapes du procédé de démodulation 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 démodulation décrit précédemment. Par conséquent, ils ne sont pas détaillés plus amplement.
Liste des figures
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'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.l] représente un objet connecté à une station de base d'un réseau de radiocommunication 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 circulaire illustrée sur la Fig.2b ; [Fig.3] représente les étapes d'un procédé de génération d'un signal comprenant une première portion véhiculant des données et une deuxième portion véhiculant un mot de synchronisation selon un mode de réalisation de l'invention ;
[Fig-4] représente les étapes d'un procédé de démodulation d'un signal généré par mise en oeuvre du procédé de la Fig.3 selon un mode de réalisation de l'invention ;
[Fig.5] représente un exemple de structure de dispositif permettant la mise en oeuvre de certaines étapes du procédé de génération de la Fig.3 et/ou du procédé de démodulation de la Fig.4 selon un mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
Le principe général de l'invention repose sur l'utilisation d'une forme d'onde différente pour véhiculer, d'une part, les données utiles et, d'autre part, pour véhiculer l'information permettant la synchronisation du récepteur et du signal à traiter (i.e. le mot de synchronisation ou mot d'apprentissage).
Plus particulièrement, les données sont ici véhiculées via des chirps modulés. Or comme décrit ci-dessus en relation avec l'art antérieur, une telle forme d'onde implique une équivalence entre erreur de synchronisation temporelle et erreur de synchronisation fréquentielle. Une estimation d'informations de synchronisation effectuée à partir de chirps implique ainsi d'estimer conjointement l'erreur de synchronisation temporelle et l'erreur de synchronisation fréquentielle du récepteur. Selon la technique proposée, l'information permettant la synchronisation du récepteur sur le signal à traiter est véhiculée par l'amplitude instantanée d'une portion du signal à traiter. La synchronisation temporelle peut ainsi se baser à la réception sur une détection du module de l'enveloppe complexe de la portion en question du signal à traiter (le module en question correspondant à l'amplitude instantanée de la portion en question). Un tel module est indépendant de la phase du signal, et donc de toute erreur fréquentielle présente entre le récepteur et le signal à traiter. Les paramètres de synchronisation temporelle peuvent ainsi être estimés sans avoir à estimer les paramètres de synchronisation fréquentielle. Par ailleurs, les paramètres de synchronisation temporelle peuvent être estimés précisément, même en présence de désynchronisation fréquentielle.
La Fig.l illustre un objet 100 connecté à une station de base 110 d'un réseau de radiocommunication (par exemple un réseau du type bas débit et basse consommation) selon un mode de réalisation de l'invention. Plus particulièrement, le réseau de radiocommunication met en oeuvre une forme d'onde dite « chirp » afin de véhiculer les données utiles et une autre forme d'onde afin de véhiculer les mots de synchronisation comme détaillé ci-dessous.
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, la phase instantanée (i.e. la phase de l'enveloppe complexe
Figure imgf000012_0003
représentant le chirp considéré) du chirp de base s'exprime pour t dans l'intervalle
Figure imgf000012_0002
(Fig.2a) comme
Figure imgf000012_0004
• T: la durée symbole (également appelée intervalle de signalisation par exemple dans le standard
Figure imgf000012_0005
• la bande passante du signal, avec SF le facteur d'étalement ou nombre
Figure imgf000012_0006
SF de bit par symbole. M = 2 est ainsi le nombre total de symboles dans la constellation de symboles de modulation.
Sur la base de ces notations, la fréquence instantanée
Figure imgf000012_0008
du chirp de base, qui correspond à la dérivée de la phase instantanée
Figure imgf000012_0009
, s'exprime comme
Figure imgf000012_0007
La fréquence instantanée
Figure imgf000012_0001
est ainsi liée à la 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 (i.e. les parties réelle et imaginaire de l'enveloppe complexe en pratique) destiné à moduler la porteuse radiofréquence de manière à transposer le signal chirp de base sur une fréquence porteuse.
La fréquence instantanée
Figure imgf000012_0010
du chirp de base illustrée sur la Fig.2a est linéaire dans le temps, i.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. Par exemple, 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 ayant un rang s dans la constellation de symboles de modulation, 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.
Plus particulièrement, on peut noter
Figure imgf000013_0001
comme étant la fréquence instantanée du chirp transmis par l'objet 100 connecté sur l'intervalle de temps
Figure imgf000013_0002
fréquence instantanée du chirp en question est obtenue par décalage temporel d'une durée de
Figure imgf000013_0006
et permutation circulaire comme illustré sur les Fig.2b et Fig.2c. Ici, mk 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_0005
De la sorte,
Figure imgf000013_0003
comme la dérivée de la phase instantanée
Figure imgf000013_0007
:
[Math.l]
Figure imgf000013_0008
On obtient ainsi sur I intervalle de temps
Figure imgf000013_0009
Figure imgf000013_0011
Et sur l'intervalle de temps
Figure imgf000013_0010
Figure imgf000013_0012
Ainsi, si l'on note
Figure imgf000013_0013
l'enveloppe complexe de la portion de signal transmis par l'objet
100 connecté et véhiculant les données utiles via chirps modulés, on peut écrire :
Figure imgf000013_0014
Figure imgf000013_0004
représente la fonction indicatrice de l'intervalle tempore
Figure imgf000013_0016
Figure imgf000013_0015
Par ailleurs, le signal transmis par l'objet 100 suit une structure de trame. Plus particulièrement, le signal transmis par l'objet 100 comprend une première portion de
Figure imgf000013_0017
signal véhiculant des données utiles (i.e. le signal décrit ci-dessus) et une deuxième portion de signal véhiculant un mot de synchronisation (ou mot d'apprentissage) de durée On suppose dans la suite que la deuxième portion de signal
Figure imgf000014_0006
est positionnée temporellement en amont des données utiles. Cette hypothèse n'enlève aucune généralité au problème traité dans la présente demande. Par ailleurs, la nature de la deuxième portion
Figure imgf000014_0007
sera détaillée plus avant ci-dessous en relation avec les Fig.3 et Fig.4. L'enveloppe complexe du signal transmis
Figure imgf000014_0001
transmis par l'objet 100 s'écrit alors :
Figure imgf000014_0002
De la sorte, le signal reçu au niveau de la station de base 110 s'exprime, après échantillonnage à la fréquence 1/Ts :
Figure imgf000014_0008
représente la désynchronisation temporelle du signal reçu ;
•
Figure imgf000014_0004
est la fréquence Doppler et
Figure imgf000014_0003
la phase à l'origine liée à la fréquence
Doppler. Sans perte de généralité, on suppose que
Figure imgf000014_0009
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 ;
• h(t) est la réponse impulsionnelle du canal de propagation ;
•
Figure imgf000014_0005
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 génération du signal , dont une expression est donnée par [Math.5], selon un mode de réalisation de
Figure imgf000014_0016
l'invention.
Lors d'une étape E310, la première portion du signal est générée. Plus
Figure imgf000014_0010
Figure imgf000014_0011
particulièrement, pour la génération d'un chirp donné (e.g. un chirp d'indice k) parmi les
Figure imgf000014_0012
chirps qui composent la première portion
Figure imgf000014_0013
, une modulation du chirp de base est effectuée en fonction d'un symbole de modulation donné
Figure imgf000014_0014
associé au chirp donné est ainsi une
Figure imgf000014_0015
valeur entière comprise entre 0 et M-l s'identifiant à la grandeur mk précitée. Une telle modulation correspond au mécanisme décrit ci-dessus en relation avec les Fig.2a, Fig.2b et Fig.2c (permutation circulaire du motif de variation de la fréquence instantanée du chirp de base sur le temps symbole Ts). :
Lors d'une etape E320, la deuxième portion
Figure imgf000015_0002
du signal
Figure imgf000015_0003
est générée. Pour ce faire, la deuxième portion
Figure imgf000015_0004
du signal
Figure imgf000015_0005
est modulée en amplitude en fonction d'un mot de synchronisation (ou mot d'apprentissage). Plus particulièrement, une amplitude instantanée (définie dans la présente demande comme égale au module de l'enveloppe complexe en question) de la deuxième portion
Figure imgf000015_0006
est modulée de sorte à être proportionnelle à un module du mot de synchronisation (dont l'enveloppe complexe peut être réelle ou complexe suivant les implémentations). Par exemple, la deuxième portion
Figure imgf000015_0007
est générée par modulation en amplitude d'une porteuse sinusoïdale en fonction du module du mot de synchronisation.
Ainsi, le module du mot de synchronisation étant véhiculé par l'amplitude instantanée du signal, la synchronisation temporelle peut se baser à la réception sur une détection du module de l'enveloppe complexe du signal reçu. Un tel module est indépendant de la phase du signal, et donc de toute erreur fréquentielle présente entre le récepteur et le signal reçu. Les paramètres de synchronisation temporelle peuvent ainsi être estimés sans avoir à estimer les paramètres de synchronisation fréquentielle. Plus de détails sur la synchronisation ainsi que sur la nature du mot de synchronisation sont donnés ci-dessous en relation avec la Fig.4.
De retour à la Fig.3, on suppose que la première portion
Figure imgf000015_0008
comprend une succession temporelle de plusieurs chirps (i.e. que est strictement supérieur à 1). On suppose par
Figure imgf000015_0009
ailleurs que le chirp donné considéré ci-dessus (et modulé par le symbole de modulation donné fait partie de la succession temporelle de chirps.
Figure imgf000015_0012
Ainsi, lors d'une étape E310a, le symbole de modulation
Figure imgf000015_0001
est obtenu par encodage différentiel entre, d'une part, un symbole de modulation associé à un chirp précédant le
Figure imgf000015_0010
chirp donné dans la succession temporelle de chirps et, d'autre part, un symbole d'information donné de la constellation de M symboles.
Figure imgf000015_0011
Comme décrit par exemple dans la demande de brevet internationale précitée, un tel encodage différentiel des symboles d'information avant modulation des chirps permet de rendre l'estimation des symboles en question indépendante d'erreurs de synchronisation fréquentielle à la réception. Il y a ainsi un effet de synergie entre, d'une part, un tel encodage différentiel et, d'autre part, la nature de la deuxième portion du signal selon la présente technique
Figure imgf000015_0013
permettant d'obtenir un lien de communication à la fois robuste aux erreurs de synchronisation fréquentielle et mettant en œuvre une synchronisation temporelle simple comme détaillé ci- dessous en relation avec la Fig.4.
Dans des modes de réalisation, l'encodage différentiel permettant d'obtenir le symbole de modulation met en œuvre une addition modulo M entre, d'une part, un premier opérande fonction du symbole de modulation
Figure imgf000016_0001
et, d'autre part, le deuxième opérande fonction du symbole d'information
Figure imgf000016_0002
donné. Par exemple, l'encodage différentiel implémente l'équation
Figure imgf000016_0003
mise en œuvre de l'encodage différentiel
Figure imgf000016_0010
( p ) un symbole de constellation prédéterminé est utilisé en lieu et place du symbole de modulation
Figure imgf000016_0009
Dans des modes de réalisation, le chirp donné et le chirp précédant le chirp donné ne sont pas adjacents dans la succession temporelle de chirps. En d'autres termes, le symbole de modulation donné est obtenu par encodage différentiel entre un symbole de modulation avec p un entier supérieur à 1, et un symbole d'information donné de la constellation
Figure imgf000016_0008
de M symboles, par exemple via une somme modulo M. Ainsi, dans la présente demande, la terminologie « chirp précédant le chirp donné dans la succession temporelle de chirps » couvre aussi bien le cas de chirps adjacents temporellement que le cas de chirps non adjacents temporellement.
Dans des modes de réalisation, des encodages différentiels additionnels sont en outre implémentés. Chaque encodage différentiel additionnel est mis en œuvre entre, d'une part, un symbole de modulation ^7’ associé à un p-ème chirp précédant le chirp donné dans la succession temporelle de chirps, p étant un entier supérieur à 1, et, d'autre part, un symbole
Figure imgf000016_0004
k-p'; p' étant un entier supérieur à 1 différent de p, dans une suite de symboles d'information de la constellation de M symboles. L'encodage différentiel additionnel délivre un symbole de modulation intermédiaire correspondant. Les encodages différentiels additionnels mis en œuvre pour K couples délivrent K symboles intermédiaires
Figure imgf000016_0005
correspondants. Les K symboles intermédiaires sont sommés ensemble modulo M avec le symbole obtenu dans le cas précité correspondant à un seul encodage différentiel avec p'=0, afin de délivrer le symbole de modulation
Figure imgf000016_0006
Dans des modes de réalisation, les étapes précitées E310a et E310b (quel que soit leur mode de réalisation) sont mises en œuvre itérativement pour une succession de symboles afin de générer une suite temporelle de chirps modulés comprise dans le signal
Figure imgf000016_0007
à transmettre. Dans d'autres modes de réalisation, un tel encodage différentiel n'est pas mis en oeuvre. Par exemple, une modulation directe des chirps sans encodage différentiel est mise en oeuvre avec une deuxième portion
Figure imgf000017_0001
du signal selon la présente technique. Une telle combinaison permet une démodulation des données utiles dans des cas comme un lien statique dans lequel aucune variation de fréquence à lieu (e.g. décalage Doppler, erreur de fréquence porteuse entre l'émission et la réception, etc.). Par ailleurs, d'autres techniques que l'encodage différentiel peuvent être envisagées afin d'obtenir que la démodulation des données utiles ne nécessite qu'une synchronisation temporelle pour la démodulation. Par exemple, le signal émis peut être pré-distordu de sorte à compenser l'erreur de fréquence subie pendant la propagation (e.g. Doppler) et/ou au moment des traitements mis en oeuvre à la réception (e.g. erreur de fréquence porteuse entre l'émission et la réception).
On présente désormais, en relation avec la Fig.4, les étapes d'un procédé de démodulation du signal
Figure imgf000017_0004
, dont une expression est donnée par [Math.6], selon un mode de réalisation de l'invention.
Lors d'une étape E410, une information de synchronisation temporelle du signal
Figure imgf000017_0006
est estimée en mettant en oeuvre une fonction de corrélation entre, d'une part, une
Figure imgf000017_0005
amplitude instantanée du signal
Figure imgf000017_0002
(i.e. un module de l'enveloppe complexe en question : et, d'autre part, le module du mot de synchronisation du signal.
Figure imgf000017_0007
L'information de synchronisation temporelle est par exemple donnée par l'indice de l'échantillon n correspondant au maximum, en module, de la fonction de corrélation en question.
Par exemple, la fonction de corrélation prend la forme suivante :
Figure imgf000017_0008
Figure imgf000017_0009
avec le nombre total d'échantillons de la deuxième portion de signal
Figure imgf000017_0010
Figure imgf000017_0012
véhiculant le mot de synchronisation
Figure imgf000017_0011
Dans le mode de réalisation considéré, la fonction de corrélation
Figure imgf000017_0013
est normalisée, i.e. varie entre une valeur minimale et une valeur maximale prédéterminées. Par exemple, il est décidé que l'information de synchronisation temporelle correspond à un signal
Figure imgf000017_0003
effectivement détecté, et donc que l'information de synchronisation temporelle peut être utilisée, si le module de la fonction de corrélation dépasse un seuil prédéterminé. Le niveau d'un tel seuil est par exemple décidé afin d'obtenir un taux de détections manquées donné (ou une probabilité de fausse alarme donnée).
Dans des modes de réalisation, la fonction de corrélation
Figure imgf000018_0001
n'est pas normalisée. Quel que soit le mode de réalisation considéré, la structure du signal ■'
Figure imgf000018_0002
’ permet d'estimer l'information de synchronisation temporelle via une fonction de corrélation mettant en oeuvre le module de l'enveloppe complexe du signal reçu (le module en question correspondant à l'amplitude instantanée du signal modulé) et le mot de synchronisation. Un tel module est indépendant de la phase du signal, et donc de toute erreur fréquentielle présente entre le récepteur et le signal reçu. Les paramètres de synchronisation temporelle du signal peuvent ainsi être estimés simplement, notamment sans avoir à estimer les paramètres de synchronisation fréquentielle.
Par ailleurs, comme décrit ci-dessus en relation avec la Fig.3, l'amplitude instantanée 1 1
(égale au module de l'enveloppe complexe en question) de la deuxième portion * du signal /i n I est proportionnelle au module du mot de synchronisation. Ainsi, grâce à cette caractéristique, la fonction de corrélation précitée met en oeuvre une fonction d'autocorrélation du mot de synchronisation. De la sorte, dans certains modes de réalisation, l'estimation de l'information de synchronisation temporelle est précise via l'utilisation de mots de synchronisation présentant de bonnes propriétés d'autocorrélation, comme par exemple les séquences de Gold, de Kasami, de Zadoff-Chu, etc. Par exemple, pour les séquences de Gold comprenant
Figure imgf000018_0004
termes successifs, le ratio entre l'amplitude du lobe principal et l'amplitude des lobes secondaires ne peut prendre que les trois valeurs Nbp,
Figure imgf000018_0007
et ) si n est impair, et
Figure imgf000018_0005
) si n est pair.
Figure imgf000018_0003
De la sorte, dans certains modes de réalisation, le mot de synchronisation comprend
Figure imgf000018_0006
termes successifs. Une fonction d'autocorrélation du mot de synchronisation présente un lobe principal et au moins un lobe secondaire. Un ratio entre une amplitude dudit lobe principal et une amplitude d'un lobe secondaire d'amplitude maximale parmi le ou les lobes secondaires étant supérieur ou égal à
Figure imgf000018_0008
Par ailleurs, les séquences précitées présentent également de bonnes propriétés d'intercorrélation. Par exemple, reconsidérant les séquences de Gold comprenant
Figure imgf000018_0009
termes successifs, le ratio entre l'amplitude du lobe principal et l'amplitude des lobes secondaires de fonctions d'intercorrélation entre séquences spécifiquement choisies ne peut également prendre que les trois valeurs
Figure imgf000019_0002
si n est impair, et Nbp, si n est pair.
Figure imgf000019_0003
Ainsi, dans certains modes de réalisation, le mot de synchronisation appartient à une pluralité de mot de synchronisation de termes successifs. Une fonction
Figure imgf000019_0004
d'intercorrélation entre, d'une part, le mot de synchronisation et, d'autre part, un autre mot de synchronisation de la pluralité de mot de synchronisation présente un lobe principal et au moins un lobe secondaire. Un ratio entre une amplitude du lobe principal et une amplitude d'un lobe secondaire d'amplitude maximale parmi le ou les lobes secondaires est supérieur ou égal à
Figure imgf000019_0005
Figure imgf000019_0006
Ainsi, même en présence de collisions entre signaux, le récepteur peut se synchroniser sur un signal donné en recherchant le mot de synchronisation associé au signal en question. Par exemple, il peut être attribué un mot de synchronisation différent, parmi une pluralité donnée de mot de synchronisation, par utilisateur. Alternativement, il peut être attribué un mot de synchronisation différent par facteur d'étalement, e.g. dans un cas d'utilisation similaire à celui de la technologie LoRa .
Dans certains modes de réalisation, la valeur des termes successifs du mot de synchronisation appartient au groupe comprenant une première valeur nulle et une deuxième valeur prédéterminée non nulle.
Ainsi, la forme d'onde de la deuxième portion
Figure imgf000019_0001
du signal ainsi généré présente une amplitude instantanée soit sensiblement nulle soit sensiblement constante. L'amplitude instantanée des chirps de la première portion du signal étant également constante, aucune adaptation majeure des émetteurs/récepteurs déjà existants pour le traitement de signaux chirps n'est nécessaire afin de supporter la technique décrite. Par exemple des amplificateurs de puissance saturés tels que classiquement utilisés pour des raisons de rendement pour l'amplification de signaux chirps peuvent également être utilisés pour l'amplification de la deuxième portion du signal selon les caractéristiques ci-dessus. Une telle forme d'onde présentant une amplitude instantanée soit sensiblement nulle soit sensiblement constante peut par exemple être directement générée au niveau d'un tel amplificateur de puissance en le commutant selon le schéma de commutation entre les première et deuxième valeurs du mot de synchronisation.
De retour à la Fig.4, lors d'une étape E420, une portion donnée de la première portion représentative d'un chirp donné parmi les chirps véhiculés par la première portion en
Figure imgf000019_0007
question est déterminée en fonction de l'information de synchronisation temporelle déterminée lors de la mise en oeuvre de l'étape E410. Par exemple, la portion donnée correspond à une fraction de la première portion
Figure imgf000020_0008
sur une fenêtre temporelle d'une durée égale à la durée d'un chirp. La fenêtre temporelle en question est sélectionnée autour du pic de corrélation qui a été déterminé lors de la mise en oeuvre de l'étape E410.
De retour à l'étape E420, une démodulation de la portion donnée délivre un estimé
Figure imgf000020_0001
d'un symbole de modulation associé au chirp donné (e.g. un chirp d'indice k). Par exemple, le symbole de modulation associé au chirp donné est estimé selon les principes exposés dans le document de brevet EP 2449 690 Bl.
De retour à la Fig.4, on suppose dans ce mode de réalisation que la première portion comprend une succession temporelle de chirps (i.e. que
Figure imgf000020_0009
est strictement supérieur à 1). On suppose par ailleurs que le chirp donné considéré ci-dessus fait partie de la succession temporelle de chirps. Ainsi, lors d'une étape E430, un estimé d'un symbole d'information
Figure imgf000020_0011
véhiculé par la première portion
Figure imgf000020_0002
est obtenu par décodage différentiel entre d'une part,
Figure imgf000020_0003
du symbole de modulation associé au chirp donné et, d'autre part, un estimé
Figure imgf000020_0010
d'un symbole de modulation préalablement obtenu par une mise en oeuvre de l'étape E420 appliquée à une autre portion de la première portion représentative d'un chirp précédant
Figure imgf000020_0012
le chirp donné dans la succession temporelle de chirps.
Dans des modes de réalisation, le décodage différentiel met en oeuvre une différence modulo M entre, d'une part, un premier opérande fonction de l'estimé du symbole de
Figure imgf000020_0013
modulation associé au chirp donné et, d'autre part, un deuxième opérande fonction de l'estimé du symbole de modulation préalablement obtenu. Par exemple, le décodage différentiel implémente l'équation
Figure imgf000020_0004
mod A |_ors jg |a première mise en oeuvre du
Figure imgf000020_0014
décodage différentiel (i.e. pour k=0), un symbole de constellation prédéterminé est utilisé en lieu et place de l'estimé
Figure imgf000020_0015
Dans les modes de réalisation précités en relation avec la Fig.3 dans lesquels le symbole de modulation
Figure imgf000020_0006
est obtenu par encodage différentiel entre un symbole de modulation
Figure imgf000020_0005
avec p un entier supérieur à 1, et un symbole d'information donné de la constellation de M
Figure imgf000020_0016
symboles, un décodage différentiel entre
Figure imgf000020_0007
et un estimé du symbole de modulation véhiculé par le p-ème chirp précédant le chirp donné dans la succession temporelle de chirps, i.e. est mis en oeuvre pour délivrer l'estimé du symbole d'information, par exemple via une
Figure imgf000020_0017
différence modulo M. Dans ces modes de réalisation, le rang k-p (i.e. relativement au chirp donné) du chirp précédant le chirp donné dans la succession temporelle de chirps est identique pour la mise en oeuvre du décodage différentiel et de l'encodage différentiel tel que décrit ci- dessus en relation avec le Fig.3.
De même, dans les modes précités en relation avec la Fig.3 dans lesquels des encodages différentiels additionnels sont en outre implémentés, des décodages différentiels additionnels correspondant sont également mis en oeuvre entre d'une part, un estimé
Figure imgf000021_0002
du symbole de modulation associé à un p-ème chirp précédant le chirp donné dans la succession temporelle de chirps, p étant un entier supérieur à 1, et, d'autre part, un estimé
Figure imgf000021_0003
du symbole de modulation associé à un p'-ème chirp précédant le chirp donné dans la succession temporelle de chirps, p' étant un entier supérieur à 1 différent de p. Le décodage différentiel additionnel en question délivre un symbole décodé correspondant. Plus précisément, les indices k-p et k-p' des composantes de chaque couple d'estimés sur lequel un décodage différentiel est appliqué correspondent aux indices d'un couple correspondant
Figure imgf000021_0004
pour lequel un encodage différentiel a été mis en oeuvre lors de la génération de la succession temporelle de chirps. Un tel décodage différentiel mis en oeuvre pour K couples
Figure imgf000021_0001
délivre K symboles décodés correspondants. Les K symboles décodés en question sont sommés ensemble modulo M avec le symbole décodé obtenu dans le cas précité correspondant à un seul décodage différentiel avec p'=0, afin de délivrer l'estimé du symbole d'information.
Figure imgf000021_0005
Dans des modes de réalisation, les étapes précitées E420 et E430 (quel que soit leur mode de réalisation) sont mises en oeuvre itérativement pour une succession de portions de la première portion représentatives d'une suite de chirps dans la succession temporelle de chirps afin
Figure imgf000021_0006
d'extraire une suite de symboles d'information véhiculés par le signal.
Dans les modes de réalisation discutés ci-dessus en relation avec la Fig.3 dans lesquels aucun encodage différentiel n'est mis en oeuvre lors de la mise en oeuvre de l'étape E310, aucun décodage différentiel n'est mis en oeuvre dans le présent procédé de démodulation. En d'autres termes, l'étape E430 n'est pas mise en oeuvre dans certains modes de réalisation.
On présente désormais, en relation avec la Fig.5 un exemple de structure de dispositif 500 permettant de mettre en oeuvre certaines étapes du procédé de génération de la Fig.3 et/ou du procédé de démodulation de la Fig.4 selon un mode de réalisation de l'invention.
Le dispositif 500 comprend une mémoire vive 503 (par exemple une mémoire RAM), une unité de traitement 502 équipée par exemple d'un processeur, et pilotée par un programme d'ordinateur stocké dans une mémoire morte 501 (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 503 avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 502.
Cette Fig.5 illustre seulement une manière particulière, parmi plusieurs possibles, de réaliser le dispositif 500 afin qu'il effectue certaines étapes du de génération de la Fig.3 et/ou du procédé de démodulation de la Fig.4 (selon l'un quelconque des modes de réalisation et/ou variantes décrit(e)s ci-dessus en relation avec les Fig.3 et Fig.4). 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 500 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 500 est inclus dans la station de base 110.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif 500 est inclus dans l'objet 100.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif 500 est inclus dans un équipement de surveillance du réseau de radiocommunications.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de génération d'un signal comprenant une première portion véhiculant des données et une deuxième portion véhiculant un mot de synchronisation dudit signal, ladite première portion comprenant au moins un chirp parmi M chirps, un s-ème chirp parmi lesdits M chirps étant associé à un symbole de modulation de rang s d'une constellation de M symboles, s étant un entier de 0 à M-l, 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 : une génération (E310) de ladite première portion dudit signal comprenant, pour la génération d'un chirp donné parmi ledit au moins un chirp, une modulation (E310b) dudit chirp de base en fonction d'un symbole de modulation donné correspondant générant ledit chirp donné, caractérisé en ce qu'il comprend : une génération (E320) de ladite deuxième portion dudit signal comprenant une modulation (E320a) en amplitude de ladite deuxième portion dudit signal, une amplitude instantanée de ladite deuxième portion dudit signal étant proportionnelle à un module dudit mot de synchronisation.
2. Procédé de génération selon la revendication 1 dans lequel, ladite première portion comprenant une succession temporelle de chirps parmi lesdits M chirps, ladite succession temporelle de chirps comprenant ledit chirp donné, ladite génération de ladite première portion comprend : un encodage différentiel (E310a) entre, d'une part, un symbole de modulation associé à un chirp précédant ledit chirp donné dans ladite succession temporelle de chirps et, d'autre part, un symbole d'information donné de ladite constellation de M symboles, ledit encodage différentiel délivrant ledit symbole de modulation donné.
3. Procédé de démodulation d'un signal comprenant : une première portion dudit signal comprenant au moins un chirp 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-l, 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 ; et une deuxième portion dudit signal, une amplitude instantanée de ladite deuxième portion étant proportionnelle à un module d'un mot de synchronisation dudit signal, caractérisé en ce qu'il comprend : une estimation (E410) d'une information de synchronisation temporelle dudit signal mettant en oeuvre une fonction de corrélation entre, d'une part, une amplitude instantanée dudit signal et, d'autre part, dudit module dudit mot de synchronisation dudit signal ; et pour une portion donnée de ladite première portion représentative d'un chirp donné parmi ledit au moins un chirp, ladite portion donnée étant déterminée en fonction de ladite information de synchronisation temporelle, une démodulation (E420) de ladite portion donnée délivrant un estimé d'un symbole de modulation de ladite constellation de M symboles associé audit chirp donné. Procédé de démodulation selon la revendication 3, dans lequel ladite première portion comprend une succession temporelle de chirps parmi lesdits M chirps, ledit procédé comprenant : un décodage différentiel (E430) entre, d'une part, ledit estimé dudit symbole de modulation associé audit chirp donné et, d'autre part, un estimé d'un symbole de modulation préalablement obtenu par mise en oeuvre de ladite démodulation appliquée à une autre portion donnée de ladite première portion dudit signal représentative d'un chirp précédant ledit chirp donné dans ladite succession temporelle de chirps, ledit décodage différentiel délivrant un symbole décodé, un estimé d'un symbole d'information véhiculé par ledit signal étant fonction dudit symbole décodé. Procédé de génération selon la revendication 1 ou 2, ou procédé de démodulation selon la revendication 3 ou 4, dans lequel ledit mot de synchronisation comprend des termes successifs, une valeur de chacun desdits termes appartenant au groupe comprenant une première valeur nulle et une deuxième valeur prédéterminée non nulle.
6. Procédé de génération selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 5, ou procédé de démodulation selon l'une quelconque des revendications 3, 4 ou 5, dans lequel ledit mot de synchronisation comprend termes successifs, une fonction d'autocorrélation
Figure imgf000025_0001
dudit mot de synchronisation présentant un lobe principal et au moins un lobe secondaire, un ratio entre une amplitude dudit lobe principal et une amplitude d'un lobe secondaire d'amplitude maximale parmi ledit au moins un lobe secondaire étant supérieur ou égal à Nbp
Figure imgf000025_0002
7. Procédé de génération selon la revendication 6, ou procédé de démodulation selon la revendication 6, dans lequel ledit mot de synchronisation appartient à une pluralité de mot de synchronisation de termes successifs, une fonction d'intercorrélation entre,
Figure imgf000025_0004
d'une part, ledit mot de synchronisation et, d'autre part, un autre mot de synchronisation de ladite pluralité de mot de synchronisation présentant un lobe principal et au moins un lobe secondaire, un ratio entre une amplitude dudit lobe principal et une amplitude d'un lobe secondaire d'amplitude maximale parmi ledit au moins un lobe secondaire étant supérieur ou
Figure imgf000025_0003
8. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
9. Dispositif (500) de génération d'un signal d'un signal comprenant une première portion véhiculant des données et une deuxième portion véhiculant un mot de synchronisation dudit signal, ladite première portion comprenant au moins un chirp parmi M chirps, un s-ème chirp parmi lesdits M chirps étant associé à un symbole de modulation de rang s d'une constellation de M symboles, s étant un entier de 0 à M-l, 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 (502) ou une machine de calcul dédiée configurée pour effectuer : une génération de ladite première portion dudit signal comprenant, pour la génération d'un chirp donné parmi ledit au moins un chirp, une modulation dudit chirp de base en fonction d'un symbole de modulation donné correspondant générant ledit chirp donné, caractérisé en ce que ladite machine de calcul reprogrammable (502) ou ladite machine de calcul dédiée est configurée pour effectuer : une génération de ladite deuxième portion dudit signal comprenant une modulation en amplitude de ladite deuxième portion dudit signal, une amplitude instantanée de ladite deuxième portion dudit signal étant proportionnelle à un module dudit mot de synchronisation. Dispositif (500) de démodulation d'un signal d'un signal comprenant : une première portion dudit signal comprenant au moins un chirp 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-l, 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 ; et une deuxième portion dudit signal, une amplitude instantanée de ladite deuxième portion étant proportionnelle à un module d'un mot de synchronisation dudit signal, caractérisé en ce qu'il comprend une machine de calcul reprogrammable (502) ou une machine de calcul dédiée configurée pour effectuer : une estimation d'une information de synchronisation temporelle dudit signal mettant en oeuvre une fonction de corrélation entre, d'une part, une amplitude instantanée dudit signal et, d'autre part, dudit module dudit mot de synchronisation dudit signal ; et pour une portion donnée de ladite première portion représentative d'un chirp donné parmi ledit au moins un chirp, ladite portion donnée étant déterminée en fonction de ladite information de synchronisation temporelle, une démodulation de ladite portion donnée délivrant un estimé d'un symbole de modulation de ladite constellation de M symboles associé audit chirp donné.
PCT/EP2021/084578 2020-12-08 2021-12-07 Procede de generation et de demodulation d'un signal comprenant au moins un chirp, produits programme d'ordinateur et dispositifs correspondants WO2022122726A1 (fr)

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Title
TEMIM MOHAMED AMINE BEN ET AL: "A Novel Approach to Process the Multiple Reception of Non-Orthogonal LoRa-Like Signals", ICC 2020 - 2020 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMMUNICATIONS (ICC), IEEE, 7 June 2020 (2020-06-07), pages 1 - 6, XP033797798, DOI: 10.1109/ICC40277.2020.9148783 *

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