Brevet FR3099973A1 — publié le 20210219

Description Titre de l'invention : Dispositif et procédé pour la signalisation de communications à travers un spectre fragmenté Domaine technique [0001] Le domaine de l'invention est celui des communications machine à machine ou M2M dans le contexte de [Internet des Objets ou loT (Internet of Things) et plus particulièrement celui des communications radio dans les réseaux LPWA (Love Power Wide Area) caractérisés par une couverture (portée) importante tout en ayant une consommation énergétique faible. Technique antérieure [0002] Un des enjeux des systèmes de communications longue portée est leur consommation énergétique, notamment celle des émetteurs. Une enveloppe constante à l'émetteur permet d'optimiser l'efficacité énergétique de l'amplificateur d'émission et ainsi de maintenir la puissance consommée par l'émetteur à des niveaux très faibles. [0003] Un exemple de schéma de modulation présentant une enveloppe constante est le schéma Turbo-FSK qui combine une modulation FSK (modulation par déplacement de fréquence) avec un ensemble de codes convolutifs concaténés en parallèle. L'article de F. Dehmas, V. Mannoni and V. Berg, "Turbo-FSK, a Physical Layer for LPWA: Synchronization and Channel Estimation," 2018 European Conference on Networks and Communications (EuCNC), Ljubljana, Slovenia, 2018, pp. 1-5, décrit une synchronisation et une estimation de canal adaptées à ce schéma Turbo-FSK. La signalisation (préambule et pilotes) est pour cela basée sur des séquences d'amplitude constante et d'autocorrélation nulle (séquences CAZAC pour « Constant Amplitude Zero Autocorrelation »), en l'occurrence des séquences de Zadoff-Chu modifiées. [0004] Cet article ne considère pas un spectre fragmenté, à savoir un spectre de fréquences divisé en une pluralité de fragments de spectre couvrant chacun une bande de fréquences, les bandes de fréquences étant disjointes les unes des autres. Or l'utilisation d'un tel spectre fragmenté peut s'avérer utile notamment dans les cas suivants : - pour réaliser une utilisation opportuniste de trous dans un spectre encombré ; - pour augmenter le débit en venant augmenter la largeur de bande utilisée, ce qui est moins contraignant si la bande peut être fragmentée ; - pour obtenir un système avec une meilleure portée et/ou un meilleur débit en venant apporter une diversité fréquentielle, l'utilisation de plusieurs bandes non contiguës permettant de diminuer la probabilité d'être dans un trou d'évanouissement (fading), notamment pour les systèmes radio qui comme le LPWA accèdent au spectre de 2 manière sporadique ; - pour venir exploiter des bandes licenciées et non licenciées. [0005] La transposition de la technique exposée dans l'article précédemment cité dans un système de communication exploitant un spectre fragmenté consisterait à additionner plusieurs séquences de signalisation, ces séquences étant associées à des fréquences différentes pour couvrir les différents fragments de spectre. Une telle solution ne serait cependant pas satisfaisante car elle s'accompagnerait d'une perte d'efficacité énergétique du fait d'un rapport puissance dc crête/puissance moyenne (PAPR pour Peak w Average Power Ratio) fortement supérieur à 0 dB. [0006] Une autre solution pourrait consister à utiliser sur un spectre fragmenté une forme d'onde présentant un PAPR dc 0 dB (par exemple des symboles Turbo-FSK dans l'exemple considéré). Mais les propriétés d'autocorrélation de tels symboles sont médiocres, cc qui viendrait impacter la qualité de la synchronisation temporelle. [0007] On tonnait de l'article de Y. Rui, P. Cheng, M. Li, Q. T. Zhang, and M. Guizani, "Carrier aggregation for lie-advanced: uplink multiple access and transmission enhancement features," IEEE Wircless Communications, vol. Vol. 20, No. 4, pp. 101-108, 2013, des schémas d'accès permettant d'exploiter un spectre fragmenté et des techniques dc réduction du PAPR. Mais dans cet article, l'enveloppe du signal n'est pas constante et le PAPR reste donc très supérieur à 0 dB même avec l'utilisation des techniques dc réduction du PAPR. De cc fait, l'efficacité énergétique de l'amplificateur d'émission n'est pas optimisée et donc la consommation énergétique importante de l'émetteur. Exposé de l'invention [0008] L'invention a pour objectif de proposer une méthode de signalisation pour un lien radio dont le support spectral est fragmenté, méthode qui garantisse à la fois une enveloppe constante à l'émetteur pour optimiser l'efficacité énergétique et des propriétés spectrales de la forme d'onde à laquelle cette signalisation s'applique préservées pour garantir la précision de la synchronisation ou de l'estimation de canal. [0009] Elle concerne à cet effet un dispositif d'émission de données sur un spectre de fréquences divisé en une pluralité Nr de fragments de spectre couvrant chacun une bande de fréquences, les bandes de fréquences étant disjointes les unes des autres. Ce dispositif comprend un générateur de paquets configuré pour générer un paquet de données comprenant une charge utile et au moins une occurrence d'une séquence de signalisation à enveloppe constante. Ladite séquence comprend N symboles complexes et consiste en une pluralité d'ensembles de symboles complexes chacun associé à l'un des fragments de spectre. Chaque ensemble comprend N/Nf symboles complexes et chaque symbole complexe d'un ensemble comprend un terme de mise à l'échelle de la 3 bande de fréquences couverte par le fragment de spectre associé à cet. ensemble et un terme de transposition spectrale dans la bande de fréquences couverte par le fragment de spectre associé à cet ensemble. [0010] Certains aspects préférés mais non limitatifs de cc dispositif sont les suivants : chaque symbole S[n] de l'ensemble associé au Hème fragment de spectre correspond au produit Sca(Afi)*TF(fi) où Sca(Af) est le terme de mise à l'échelle et TF(fli) est le terme de transposition spectrale, jAir + 1) N et le Hème fragment de N/.-nIf spectre couvrant une bande de fréquences qui est délimitée par une fréquence basse fi;, une fréquence haute fld et qui présente une largeur Al=ti-fhi 2 ne ?if )24f et TF(fu)= exp (j2 1.) 11 ) Sca(Mi), Nfech avec Lia fréquence d'échantillonnage et V la fréquence réduite fiffech ; le paquet de données généré par le générateur de paquets comprend un préambule et le générateur de paquets est configuré pour insérer l'au moins une occurrence de ladite séquence en tant que séquence de synchronisation au sein du préambule ; le préambule porte une pluralité d'occurrences de ladite séquence en succession ; le générateur de paquets est configuré pour insérer l'au moins une occurrence de ladite séquence en tant que séquence pilote au sein de la charge utile ; il comprend en outre un modulateur configuré pour mettre en oeuvre une modulation Turbo-FSK. [0011] L'invention porte également sur un dispositif de réception de données depuis un spectre de fréquences divisé en une pluralité Nf de fragments de spectre couvrant chacun une bande de fréquences, les bandes de fréquences étant disjointes les unes des autres. Ce dispositif comprend une unité de synchronisation et une unité d'estimation de canal et l'une au moins desdites unités est configurée pour exploiter une séquence de signalisation à enveloppe constante connue dudit dispositif. Ladite séquence comprend N symboles complexes et consiste en une pluralité d'ensembles de symboles complexes chacun associé à l'un des fragments de spectre. Chaque ensemble comprend N/Nf symboles complexes et chaque symbole complexe d'un ensemble comprend un terme de mise à l'échelle de la bande de fréquences couverte par le fragment de spectre associé à cet ensemble et un terme de transposition spectrale dans la bande de fréquences couverte par le fragment de spectre associé à cet ensemble. Brève description des dessins [0012] D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins exp annexés sur lesquels : [0013] [fig.1] est un schéma d'un spectre fragmenté ; [0014] [fig.2] représente une trame de données porteuse de séquences de signalisation ; [0015] [fig.3] est un schéma du spectre fréquentiel d'une séquence de signalisation selon l'invention adaptée à un spectre fragmenté comprenant deux bandes disjointes ; [0016] [fig.4] représente à titre de comparaison la fonction d'autocorrélation d'une séquence de signalisation selon l'invention adaptée à un spectre fragmenté comprenant deux bandes disjointes et la fonction d'autocorrélation d'une séquence de signalisation divulguée dans l'article précité de F. Dehrnas et al ; [0017] [fig.5] est un schéma du spectre fréquentiel d'une séquence de signalisation selon l'invention adaptée à un spectre fragmenté comprenant quatre bandes disjointes ; [0018] [fig.6] représente à titre de comparaison la fonction d'autocorrélation d'une séquence de signalisation selon l'invention adaptée à un spectre fragmenté comprenant quatre bandes disjointes et la fonction d'autocorrélation d'une séquence de signalisation divulguée dans l'article précité de F. Dehrnas et al ; [0019] [fig.7] est un schéma d'une unité d'un dispositif d'émission de données conforme à l'invention configurée pour mettre en oeuvre une modulation Turbo-FSK ; [0020] [fig.8] est un schéma d'une unité d'un dispositif de réception de données configurée pour mettre en oeuvre une démodulation Turbo-FSK ; [0021] [fig.9] compare le taux d'erreur paquet en fonction du rapport signal à bruit de la mo- dulation Turbo-FSK selon que le spectre est fragmenté ou non fragmenté ; [0022] [fig.10] compare la forme spectrale de la modulation Turbo-FSK avec celle d'une séquence de signalisation selon l'invention adaptée à un spectre fragmenté comprenant deux bandes disjointes. Description des modes de réalisation [0023] L'invention porte sur un dispositif d'émission de données sur un spectre fragmenté, à savoir un spectre de fréquences divisé en une pluralité 1\lr de fragments de spectre couvrant chacun une bande de fréquences, les bandes de fréquences étant disjointes les unes des autres. On a représenté sur la figure 1 le cas d'un spectre fragmenté présentant deux fragments de spectre fl, f2 couvrant les bandes de fréquence délimitées en fréquence par t'II, f, et f12, f12respectivement avec fp> t'id. [0024] Le dispositif selon l'invention comprend un générateur de paquets configuré pour générer un paquet de données comprenant une charge utile et au moins une occurrence d'une séquence de signalisation. Comme illustré par la figure 2, un paquet ainsi généré est composé d'un préambule Pe et de pilotes Pi régulièrement distribués dans les données D (i.e. la charge utile). Le préambule Pe est utilisé pour permettre la synchronisation (tant temporelle que fréquentielle) et les pilotes sont utilisés pour permettre l'estimation de canal. Le préambule Pc et/ou chacun des pilotes Pi comprend au moins une occurrence de la séquence de signalisation. Dans un mode de réalisation, le préambule Pc comprend plusieurs occurrences de la séquence de signalisation, par exemple des occurrences successives de la séquence de signalisation. [0025] Le générateur de paquets du dispositif selon l'invention est plus particulièrement configuré pour générer un paquet dont l'au moins une séquence de signalisation S est une séquence à enveloppe constante. Cette séquence à enveloppe constante S comprend N symboles complexes, chacun noté S[n] avec n un entier compris entre 0 et N-1. Les N symboles complexes se répartissent en une pluralité Nr d'ensemble de symboles complexes, chacun de ces ensembles étant associé à l'un des fragments de spectre et comprenant N/Nr symboles complexes. [0026] La séquence à enveloppe constante S comprend plus particulièrement, pour chaque ensemble de symboles complexes, un terme de mise à l'échelle de la bande de fréquences couverte par le fragment de spectre associé à cet ensemble et un terme de transposition spectrale dans la bande de fréquences couverte par le fragment de spectre associé à cet ensemble. [0027] Soit un spectre fragmenté constitué de Nf fragments de spectre, où chaque fragment ni, avec REVENDICATIONSDispositif d'émission de données sur un spectre de fréquences divisé en une pluralité Nf de fragments de spectre (fi, f,) couvrant chacun une bande de fréquences, les bandes de fréquences étant disjointes les unes des autres, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur de paquets configuré pour générer un paquet de données comprenant une charge utile et au moins une occurrence d'une séquence de signalisation à enveloppe constante, ladite séquence comprend N symboles complexes et consiste en une pluralité d'ensembles de symboles complexes chacun associé à l'un des fragments de spectre, chaque ensemble comprenant N/Nf symboles complexes et chaque symbole complexe d'un ensemble comprend un terme de mise à l'échelle de la bande de fréquences couverte par le fragment de spectre associé à cet ensemble et un terme de transposition spectrale dans la bande de fréquences couverte par le fragment de spectre associé à cet ensemble. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque symbole S[n] de l'ensemble associé au i-ième fragment de spectre correspond au produit Sca(AfirTF(f,i) où Sca(At) est le terme de mise à l'échelle et TF(fh) est le terme de transposition spectrale, IN (i +1)N et le i- AT =-: