Brevet FR3062533A1 — publié le 20180803

L'invention concerne un procédé de reconstruction par un équipement de réception d'un signal comprenant une séquence de symboles binaires transmis par un équipement d'émission à un débit d'émission non connu par l'équipement de réception et un équipement mettant en oeuvre le procédé. L'Internet se transforme progressivement en un réseau étendu, appelé « Internet des Objets », reliant toutes sortes d'objets, équipements ou terminaux devenus connectables. De nouveaux besoins en termes de réseaux sont alors apparus, et notamment des besoins en réseaux sans fil ayant une plus grande couverture que des réseaux cellulaires classiques et permettant de limiter une consommation d'énergie dédiée aux communications des équipements connectés. Parmi ces réseaux sans fil à grande portée et permettant une faible consommation d'énergie (« Low Power Wide Area Network (LPWAN) » en terminologie anglo-saxonne), on peut citer des réseaux basés sur la technologie LoRa (« Long Range » en terminologie anglo-saxonne), des réseaux basés sur une technologie de communication développée par la société SIGFOX et des réseaux basés sur une technologie de communication développée par la société Qowi si o . Un réseau sans fil à grande portée et permettant une faible consommation d'énergie est généralement composé de stations de base ou passerelles (« gateways » en terminologie anglo-saxonne). Les passerelles sont aptes à détecter des messages émis dans leur zone par des équipements ou terminaux (« end-devices » en terminologie anglo-saxonne) et de les remonter vers au moins un serveur centralisé (« Central Network Server » en terminologie anglo-saxonne) qui les traitera. Dans certains réseaux à grande portée et permettant une faible consommation d'énergie, les passerelles du réseau reçoivent des messages compris dans des signaux émis par différents terminaux ayant chacun un débit d'émission inconnu de la passerelle. Ces signaux sont de plus généralement affectés par des perturbations qui entraînent une altération des messages reçus par les passerelles. Ces perturbations peuvent être de type gigue (« jitter » en terminologie anglo-saxonne) ou bruit de communication. Il existe alors un risque pour que les signaux émis par ces terminaux ne puissent être ni interprétés par les passerelles, ni remontés vers le serveur centralisé. 3062533 2 Il est souhaitable de pallier ces inconvénients de l'état de la technique. Il est notamment souhaitable de proposer un procédé permettant à un récepteur de reconstruire des signaux émis par un émetteur dont le débit d'émission n'est pas connu du récepteur, ces signaux pouvant être affectés par un bruit de communication et une 5 gigue au cours de leur transmission. Il est de plus souhaitable de proposer une méthode qui soit simple à mettre en oeuvre et à faible coût. Selon un premier aspect de la présente invention, la présente invention concerne un procédé de reconstruction par un équipement de réception d'un signal transmis par 10 un équipement d'émission, le signal comprenant une séquence de symboles binaires transmise sous forme de trames, chaque symbole binaire ayant une durée prédéfinie, chaque trame étant composée de deux parties, une première partie correspondant à un préambule de ladite trame et une seconde partie correspondant à un message transporté par la trame. Le procédé comprend : exécuter une étape de synchronisation comprenant 15 une estimation de la durée prédéfinie et une recherche du préambule de ladite trame ; et, lorsque le préambule de trame a été détecté et que l'estimation de la durée prédéfinie a été effectuée au moins sur un nombre de symboles prédéfini, exécuter une étape de reconstruction du message contenu dans ladite trame à la suite du préambule détecté en utilisant l'estimation de la durée prédéfinie pour reconnaître des bits dudit message. 20 Ainsi, un récepteur mettant en oeuvre ce procédé peut reconstruire des signaux émis par un émetteur dont le débit d'émission n'est pas connu du récepteur, ces signaux pouvant être affectés par un bruit de communication et une gigue au cours de leur transmission. Selon un mode de réalisation, un préambule de trame est détecté lorsqu'une suite 25 de symboles de ladite trame correspond à une séquence de symboles prédéfinie. Selon un mode de réalisation, après quantification par un module de quantification, le signal est constitué d'une suite d'échantillons, chaque échantillon pouvant prendre deux valeurs possibles comprenant une première valeur correspondant à un état haut et une deuxième valeur correspondant à un état bas, et un symbole est 30 considéré comme détecté lorsqu'une durée cumulée d'échantillons dans l'état haut ou une durée cumulée d'échantillons dans l'état bas est proche de l'estimation de la durée prédéfinie d'un écart égale à une première portion prédéfinie de ladite estimation de la durée prédéfinie. 3062533 3 Selon un mode de réalisation, l'estimation de la durée prédéfinie est mise à jour au cours de l'étape de reconstruction du message lorsqu'un symbole a été détecté et que la durée cumulée des échantillons dans les états haut et bas pour ce symbole est proche de l'estimation de la durée prédéfinie d'un écart égale à une deuxième portion prédéfinie 5 de ladite estimation de la durée prédéfinie. Selon un mode de réalisation, chaque bit du message est représenté par une paire de symboles comprenant un premier symbole et un second symbole, la valeur d'un bit étant déterminée par une comparaison d'une durée cumulée des échantillons du premier symbole dans un état prédéfini avec une durée cumulée des échantillons du second 10 symbole dans l'état prédéfini. Selon un mode de réalisation, lorsqu'un symbole a été détecté lors de l'étape de reconstruction, des informations représentatives d'une différence éventuelle entre une durée cumulée des échantillons dans les états haut et bas pour ledit symbole et l'estimation de la durée prédéfinie sont conservées afin de reporter cette différence sur 15 la mesure de durée du symbole suivant. Selon un deuxième aspect de l'invention, l'invention concerne un dispositif comprenant des moyens pour mettre en oeuvre le procédé selon le premier aspect. Selon un troisième aspect de l'invention, l'invention concerne un équipement de réception apte à recevoir un signal en provenance d'un équipement d'émission par 20 l'intermédiaire d'un réseau de communication, l'équipement de réception comprenant un dispositif selon le deuxième aspect. Selon un quatrième aspect de l'invention, l'invention concerne un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour mettre en oeuvre, par un dispositif, le procédé selon le premier aspect lorsque ledit programme est exécuté par une unité de 25 calcul dudit dispositif. Selon un cinquième aspect de l'invention, l'invention concerne des moyens de stockage stockant un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour mettre en oeuvre, par un dispositif, le procédé selon le premier aspect, lorsque ledit programme est exécuté par une unité de calcul dudit dispositif 30 Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : 3062533 4 - la Fig. 1 illustre schématiquement un contexte dans lequel est mise en oeuvre l'invention ; - la Fig. 2 illustre schématiquement un module de traitement compris dans un récepteur ; 5 - la Fig. 3 illustre schématiquement un procédé de reconstruction de signaux reçus selon l'invention ; - la Fig. 4 illustre schématiquement une étape de synchronisation des signaux reçus comprise dans le procédé de reconstruction de signaux reçus ; et, - la Fig. 5 illustre schématiquement une étape de reconstruction des messages 10 contenus dans les signaux reçus comprise dans le procédé de reconstruction de signaux reçus. L'invention est décrite par la suite dans un contexte de réseau sans fil à grande portée et permettant une faible consommation d'énergie dans lequel un terminal communique avec une passerelle. L'invention est toutefois adaptée à d'autres réseaux 15 de communication dans lesquels un récepteur reçoit un signal d'un émetteur dont il ne connaît pas le débit d'émission. La Fig. 1 illustre schématiquement un contexte dans lequel est mise en oeuvre l'invention. La Fig. 1 représente un réseau sans fil à grande portée et permettant une faible 20 consommation d'énergie 1. Le réseau 1 comprend un terminal 10 et une passerelle 12. Le terminal 10 et la passerelle 12 communiquent en utilisant un canal de communication 11. Le canal de communication 11 opère par exemple sur des bandes de fréquences connues sous l'appellation « Bande ISM» (Industrie, Science et Médical) comprenant des bandes de fréquences pouvant être utilisées librement pour des applications 25 industrielles, scientifiques et médicales. La bande ISM est connue pour être bruitée. Par ailleurs, chaque signal émis par le terminal 10 subit une gigue. La passerelle 12 comprend un module de démodulation 121 chargé de démoduler chaque signal reçu de la part du terminal 10, un module de quantification 122, chargé d'appliquer une quantification au signal démodulé par le module de démodulation 122, 30 et un module de traitement 123, chargé notamment d'appliquer un procédé d'interprétation au signal issu du module de quantification 122. Ce procédé est décrit par la suite en relation avec la Fig. 3. Le module de traitement 123 est détaillé en relation avec la Fig. 2. 3062533 5 Le terminal 10 transmet des signaux codés selon un code NRZ(L) (non retour à zéro (niveau) : « non return to zero (Level) » en terminologie anglo-saxonne). Chaque signal comprend des séquences de symboles binaires formant au moins un message. Les symboles sont transmis sous forme de trames à un débit d'émission connu seulement 5 du terminal 10. Chaque symbole a une durée n prédéfinie dépendante du débit d'émission et inconnue de la passerelle 12. Le signal issu du module de quantification peut prendre deux valeurs possibles : une valeur E0 correspondant à un état bas du signal représentative d'un symbole So, et une valeur Ei correspondant à un état haut du signal représentative d'un symbole Si. 10 Dans un mode de réalisation, chaque trame est composée de deux parties : - une première partie dite préambule consistant en une séquence de K symboles composée d'une alternance de symboles So et Si suivie par une séquence prédéfinie (So,S0,S1). - une deuxième partie dite séquence codante consistant en une séquence de 15 2 xM symboles. Chaque paire de symboles consécutifs représente un bit de message, codé selon un code de Manchester. Une paire de symboles (50,51) représente un bit de valeur « 0 » du message. Une paire de symboles (S1,S0) représente un bit de valeur « 1 » du message. En pratique, le signal reçu par la passerelle 12 pouvant être bruité, tous les 20 échantillons constituant un symbole So (respectivement Si) ne sont pas systématiquement dans l'état bas (respectivement l'état haut). On considère toutefois par la suite qu'une majorité des échantillons constituant un symbole So (respectivement Si) sont dans l'état bas (respectivement dans l'état haut). Dans un mode de réalisation, le module de quantification quantifie le signal 25 démodulé avec une période d'échantillonnage TQ très supérieure à la durée d'un symbole T. Le signal issu de la quantification est donc constitué d'échantillons de durée TQ pouvant être dans l'état haut ou dans l'état bas. Par exemple n = 30 x TQ. La Fig. 2 illustre schématiquement une architecture matérielle d'un module de traitement. 30 Selon l'exemple d'architecture matérielle représenté à la Fig. 2, le module de traitement 123 comprend alors, reliés par un bus de communication 1230 : un processeur ou CPU (« Central Processing Unit » en anglais) 1231 ; une mémoire vive RAM (« Random Access Memory » en anglais) 1232 ; une mémoire morte ROM (« Read Only Memory » en anglais) 1233 ; une unité de stockage telle qu'un disque dur 3062533 6 ou un lecteur de support de stockage, tel qu'un lecteur de cartes SD (« Secure Digital » en anglais) 1234 ; au moins une interface de communication 1235 permettant au module de traitement 123 de communiquer avec d'autres modules. Par exemple, l'interface de communication 1235 permet au module de traitement 123 de communiquer avec le 5 module de quantification 122. Le processeur 1231 est capable d'exécuter des instructions chargées dans la RAM 1232 à partir de la ROM 1233, d'une mémoire externe (non représentée), d'un support de stockage (tel qu'une carte SD), ou d'un réseau de communication. Lorsque la passerelle 12 est mise sous tension, le processeur 1231 est capable de lire de la RAM 10 1232 des instructions et de les exécuter. Ces instructions forment un programme d'ordinateur causant la mise en oeuvre par le processeur 1231, des étapes des procédés décrits ci-après en relation avec les Figs. 3, 4 et 5. Les étapes des procédés décrits en relation avec les Figs. 3, 4 et 5 peuvent être implémentées sous forme logicielle par exécution d'un ensemble d'instructions par une 15 machine programmable, par exemple un DSP (« Digital Signal Processor » en anglais) ou un microcontrôleur, ou être implémentées sous forme matérielle par une machine ou un composant dédié, par exemple un FPGA (« Field-Programmable Gate Array » en anglais) ou un ASIC (« Application-Specific Integrated Circuit » en anglais). La Fig. 3 illustre schématiquement un procédé de reconstruction de signaux reçus 20 selon 1 ' invention. Lors d'une réception d'une trame, celle-ci est démodulée par le module de démodulation 121. Une quantification est ensuite appliquée à cette trame par le module de quantification 122 puis le procédé décrit en relation avec la Fig. 3 est appliqué par le module de traitement 123. 25 Le module de traitement 123 procède alors à une interprétation de la trame et met pour cela en oeuvre deux étapes successives. Dans une étape 31, le module de traitement 123 exécute une étape de synchronisation permettant d'obtenir une estimation Tf de la durée d'un symbole et de détecter un début de la séquence codante dans la trame (i.e. de détecter le préambule de 30 ladite trame). Cette étape comprend une recherche du préambule de la trame. Dans une étape 33, le module de traitement 123 applique une étape de reconstruction d'un message contenu dans ladite trame à la suite du préambule détecté. Pour ce faire, le module de traitement 123 utilise l'estimation Tf de la durée d'un 3062533 7 symbole pour reconnaître des bits du message contenu dans la séquence codante de ladite trame en présence d'un bruit de communication. La Fig. 4 illustre schématiquement l'étape 31 de synchronisation des signaux reçus comprise dans le procédé de reconstruction de signaux reçus. 5 Dans une étape 311, le module de traitement 123 initialise une variable N et une variable ne à zéro. La variable N permet de compter un nombre de symboles et la variable ne représente une estimation de la durée d'un symbole. Dans une étape 312, le module de traitement se met en attente d'une transition vers un état haut du signal reçu. Lorsque le signal issu de la quantification passe dans 10 l'état haut, le module de traitement 123 se met en attente lors d'une étape 313 de la prochaine transition du signal issu de la quantification. Lors d'une première exécution de l'étape 313, le module de traitement 123 se met en attente d'une transition vers l'état bas. Par la suite, à l'étape 313, le module de traitement se met alternativement en attente d'une transition vers l'état haut ou vers l'état bas. En début d'étape 313, le module de 15 traitement 123 commence à mesurer une durée T de l'état courant jusqu'à la prochaine transition du signal issu de la quantification. La durée T est une durée cumulée d'échantillons du signal après quantification dans l'état courant. Dans une étape 314, le module de traitement 123 met fin à la mesure de la durée T de l'état courant et détermine si la durée T de l'état courant mesurée est proche de 20 l'estimation de la durée d'un symbole ne d'un écart égale à une portion prédéfinie £ de ladite estimation durée d'un symbole T. Cette condition peut s'écrire de la manière suivante : Tse - TS XE E, le module de traitement 123 met en oeuvre une étape 317. L'étape 317 correspond à une finalisation de l'estimation de la durée d'un symbole (ne) et à une recherche du préambule de trame. Au cours de l'étape 317, le module de traitement 123 vérifie donc si les derniers symboles reçus correspondent à la séquence 5 prédéfinie (So,S0,Si) (i.e. correspondent à la fin d'un préambule) : - si avant la dernière transition identifiée lors de l'étape 313, le signal était dans l'état bas E0 (i.e. si la valeur du signal actuelle est représentative de l'état haut Ei) ; - si la durée de cet état bas E0 est proche du double de l'estimation de la 10 durée d'un symbole ne d'un écart égale à une portion prédéfinie £ dudit double de l'estimation de la durée d'un symbole ne (IT - 2x7",e1/2xne Tse XE ou encore : 10 To + T1 T1. Lorsqu'une paire de symboles représente un 5 « 0 » (i.e. lorsque la paire de symboles est (So, Si)) alors Ti,prec T1, le module de traitement 123 considère que le bit est un « 1 » lors 20 d'une étape 343. Sinon, le module de traitement considère que le bit est à « 0 » lors d'une étape 344. Chaque bit ainsi déterminé est ensuite utilisé pour reformer le message contenu dans la trame. Les étapes 343, 344 et 341, lorsque la variable N est impaire, sont suivies d'une étape 345. 25 Lors de l'étape 345, le module de traitement 123 réinitialise la durée T1, prec à la valeur de la durée T1 courante. Lors d'étapes 346 à 350, le module de traitement 123 conserve des informations représentatives d'une différence éventuelle entre les mesures des durées To et T1 et l'estimation de la durée d'un symbole ne effectuée lors de l'étape 31. L'objectif est de 30 reporter sur la mesure de durée du symbole suivant la différence entre la durée cumulée To et T1 et la durée estimée d'un symbole T. Dans l'étape 346, le module de traitement 123 vérifie si avant la nouvelle transition, le signal issu du module de quantification 122 était dans l'état bas. Pour cela il compare la valeur de la variable Eprec à la valeur E0 correspondant à l'état bas. 3062533 12 Si la variable Eprec est égale à E0, le module de traitement 123 réinitialise la durée T0 à la valeur T0 + T1-7'se lors d'une étape 347 et la durée T1 à zéro lors d'une étape 348. Sinon, le module de traitement 123 réinitialise la durée T0 à zéro lors d'une étape 349 et la durée T1 à la valeur T1-7'se lors d'une étape 350. 5 Les étapes 348 et 350 sont suivies de l'étape 332 déjà expliquée. REVENDICATIONS1) Procédé de reconstruction par un équipement de réception d'un signal transmis par un équipement d'émission, le signal comprenant une séquence de symboles binaires transmise sous forme de trames, chaque symbole binaire ayant une durée prédéfinie, chaque trame étant composée de deux parties, une première partie correspondant à un préambule de ladite trame et une seconde partie correspondant à un message transporté par la trame, caractérisé en ce que le procédé comprend : exécuter (31) une étape de synchronisation comprenant une estimation de la durée prédéfinie et une recherche du préambule de ladite trame ; et, lorsque l'entête de trame a été détecté et que l'estimation de la durée prédéfinie a été effectuée au moins sur un nombre de symboles prédéfini, exécuter une étape de reconstruction (33) du message contenu dans ladite trame à la suite du préambule détecté en utilisant l'estimation de la durée prédéfinie pour reconnaître des bits dudit message. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un préambule de trame est détecté lorsqu'une suite de symboles de ladite trame correspond à une séquence de symboles prédéfinie. 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, après quantification par un module de quantification, le signal est constitué d'une suite d'échantillons, chaque échantillon pouvant prendre deux valeurs possibles comprenant une première valeur correspondant à un état haut et une deuxième valeur correspondant à un état bas, et en ce qu'un symbole est considéré comme détecté lorsqu'une durée cumulée d'échantillons dans l'état haut ou une durée cumulée d'échantillons dans l'état bas est proche de l'estimation de la durée prédéfinie d'un écart égale à une première portion prédéfinie de ladite estimation de la durée prédéfinie (314). 4) Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'estimation de la durée prédéfinie est mise à jour (340) au cours de l'étape de reconstruction du message lorsqu'un symbole a été détecté (338) et que (339) la durée cumulée des échantillons dans les états haut et bas pour ce symbole est proche de l'estimation de la 3062533 14 durée prédéfinie d'un écart égale à une deuxième portion prédéfinie de ladite estimation de la durée prédéfinie. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que 5 chaque bit du message est représenté par une paire de symboles comprenant un premier symbole et un second symbole, la valeur d'un bit étant déterminée (342) par une comparaison d'une durée cumulée des échantillons du premier symbole dans un état prédéfini avec une durée cumulée des échantillons du second symbole dans l'état prédéfini. 10 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsqu'un symbole a été détecté lors de l'étape de reconstruction, des informations représentatives d'une différence éventuelle entre une durée cumulée des échantillons dans les états haut et bas pour ledit symbole et l'estimation de la durée 15 prédéfinie sont conservées afin d'être reportées sur la mesure de durée du symbole suivant. 7) Dispositif (123) comprenant des moyens pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 20 8) Equipement de réception (12) apte à recevoir un signal en provenance d'un équipement d'émission (10) par l'intermédiaire d'un réseau de communication (11), l'équipement de réception (12) comprenant un dispositif (123) selon la revendication 7. 25 9) Programme d'ordinateur, caractérisé en ce qu'il comprend des instructions pour mettre en oeuvre, par un dispositif (123), le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, lorsque ledit programme est exécuté par une unité de calcul (1231) dudit dispositif (123). 30 10) Moyens de stockage (1234), caractérisés en ce qu'ils stockent un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour mettre en oeuvre, par un dispositif (123), le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, lorsque ledit programme est exécuté par une unité de calcul (1231) dudit dispositif (123).