FR3150376A1

FR3150376A1 - Method and device for equalizing a transmission channel in a communication system.

Info

Publication number: FR3150376A1
Application number: FR2306540A
Authority: FR
Inventors: Louis Adrien DUFRENE; Quentin Lampin
Original assignee: Orange SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 2023-06-22
Filing date: 2023-06-22
Publication date: 2024-12-27
Also published as: WO2024261049A1

Abstract

L’invention se rapporte à un procédé d’égalisation d’un canal de transmission OFDM sur lequel est reçue une trame de données en provenance d’un émetteur, ladite trame comprenant une pluralité de mots binaires, un mot étant associé à une séquence de bribes particulière obtenue par décalage cyclique d’une séquence racine, le procédé comprenant des étapes de réception (300) d’un premier et d’au moins un deuxième symbole OFDM transportant respectivement une première et une deuxième séquence de bribes de ladite trame, de détermination (301) d’une première Réponse Impulsionnelle du canal par calcul d’une corrélation entre le premier symbole OFDM reçu et l’IDFT de la séquence racine, et d’au moins une deuxième Réponse Impulsionnelle du canal par calcul d’une corrélation entre le deuxième symbole OFDM reçu et l’IDFT de la séquence racine, de calcul (302) d’une Transformée de Fourrier Discrète de la première et de la deuxième Réponse Impulsionnelle pour obtenir respectivement un premier vecteur d’estimation du canal H0 et un deuxième vecteur d’estimation du canal H1, d’égalisation (303) du deuxième symbole OFDM à partir du premier vecteur H0, et égalisation du premier symbole à partir du deuxième vecteur H1, et de démodulation (304) de la trame à partir des symboles égalisés. Figure 3.The invention relates to a method for equalizing an OFDM transmission channel on which a data frame from a transmitter is received, said frame comprising a plurality of binary words, a word being associated with a particular sequence of chips obtained by cyclic shifting of a root sequence, the method comprising steps of receiving (300) a first and at least one second OFDM symbol respectively carrying a first and a second sequence of chips of said frame, of determining (301) a first Impulse Response of the channel by calculating a correlation between the first OFDM symbol received and the IDFT of the root sequence, and of at least one second Impulse Response of the channel by calculating a correlation between the second OFDM symbol received and the IDFT of the root sequence, of calculating (302) a Discrete Fourier Transform of the first and second Impulse Response to obtain respectively a first channel estimation vector H0 and a second channel estimation vector H1, equalization (303) of the second OFDM symbol from the first vector H0, and equalization of the first symbol from the second vector H1, and demodulation (304) of the frame from the equalized symbols. Figure 3.

Description

Method and device for equalizing a transmission channel in a communication system.

L’invention appartient au domaine des télécommunications et concerne en particulier un procédé et un dispositif pour égaliser un canal de transmission dans un système de communication OFDM.The invention belongs to the field of telecommunications and relates in particular to a method and a device for equalizing a transmission channel in an OFDM communication system.

PRIOR ART

Les réseaux de communication longue portée et faible puissance (LPWAN, pour Low Power Wide Area Network en anglais) sont encore aujourd’hui un sujet de recherche et d’innovation majeur, porté par le déploiement de réseaux IoT (Internet Of Things) satellitaire, mais aussi par l’évolution des marchés IoT cellulaires avec les standards tels que LTE-M, également appelé eMTC (pour enhanced Machine Type Communication en anglais), NB-IoT (pour Narrow Band IoT en anglais) ou LoRaWAN (long-range Wide Area Network en anglais).Low-power, long-range communication networks (LPWAN) are still a major subject of research and innovation today, driven by the deployment of satellite IoT (Internet Of Things) networks, but also by the evolution of cellular IoT markets with standards such as LTE-M, also called eMTC (enhanced Machine Type Communication), NB-IoT (Narrow Band IoT) or LoRaWAN (long-range Wide Area Network).

De telles communications sont généralement assujetties aux mêmes contraintes : un besoin de communiquer sporadiquement de petites quantités de données sur de longues distances, un bilan de liaison très faible, et des capacités de calcul limitées. À cela s’ajoute souvent la contrainte d’une source d’énergie finie, la plupart de ces objets fonctionnant sur batterie.Such communications are generally subject to the same constraints: a need to sporadically communicate small amounts of data over long distances, a very low link budget, and limited computing capabilities. Added to this is often the constraint of a finite energy source, since most of these objects operate on batteries.

L’OFDM (pour Orthogonal Frequency-Division Multiplexing en anglais) est un procédé de codage de signaux numériques par répartition en fréquences orthogonales sous forme de multiples sous-porteuses dans lequel le signal à transmettre est réparti sur un grand nombre de sous-porteuses. Pour pallier les phénomènes d’atténuation qui peuvent être dus à un canal multi-trajets, on introduit généralement un intervalle de garde entre les symboles. Dans le cadre de la modulation CP-OFDM (pour Cylic Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplex en anglais), l’intervalle de garde est utilisé pour insérer un préfixe cyclique (CP, pour Cyclic Prefix en anglais) consistant en une recopie de la fin d’un bloc d’information à transmettre en début de trame. Le préfixe joue ainsi un rôle de tampon en cas de transmission multi-trajets, ce qui permet d’éviter les interférence inter-symboles (ISI, pour Inter-Symbol Interference en anglais).OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) is a method of coding digital signals by orthogonal frequency division in the form of multiple subcarriers in which the signal to be transmitted is distributed over a large number of subcarriers. To overcome attenuation phenomena that can be due to a multipath channel, a guard interval is generally introduced between symbols. In the context of CP-OFDM modulation (for Cylic Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplex), the guard interval is used to insert a cyclic prefix (CP) consisting of a copy of the end of a block of information to be transmitted at the beginning of the frame. The prefix thus plays a buffer role in the case of multipath transmission, which makes it possible to avoid inter-symbol interference (ISI).

Un canal multi-trajets peut provoquer un phénomène d’atténuation rapide, ou « fast fading » en anglais, lorsque la bande de cohérence est plus faible que la bande totale du signal OFDM. En conséquence, les sous-porteuses sont affectées par un canal différent. L’effet du canal sur chaque sous-porteuse est modélisé par une multiplication complexe entre le symbole de donnée et un coefficient du canal.A multipath channel can cause a fast fading phenomenon when the coherence bandwidth is smaller than the total bandwidth of the OFDM signal. As a result, the subcarriers are affected by a different channel. The effect of the channel on each subcarrier is modeled by a complex multiplication between the data symbol and a channel coefficient.

Afin de prendre en compte et de limiter l’effet de ces perturbations, il est nécessaire d’estimer le canal et de l’égaliser. Classiquement, l’estimation du canal est effectuée en fréquence, à partir de symboles pilotes insérés par l’émetteur. La transmission de symboles pilotes connus du récepteur sur des sous-porteuses dédiées permet au récepteur d’effectuer une estimation du canal en fréquence à ces emplacements. Le canal sur les sous-porteuses de données est ensuite estimé par interpolation. Le récepteur peut alors réaliser une égalisation simple trajet (ou one-tap en anglais) sur la base de l’estimation réalisée du canal.In order to take into account and limit the effect of these disturbances, it is necessary to estimate the channel and equalize it. Traditionally, the channel estimation is carried out in frequency, from pilot symbols inserted by the transmitter. The transmission of pilot symbols known to the receiver on dedicated subcarriers allows the receiver to estimate the channel in frequency at these locations. The channel on the data subcarriers is then estimated by interpolation. The receiver can then perform a single-path equalization (or one-tap in English) based on the channel estimation carried out.

Malheureusement, les symboles pilotes contribuent à la dépense énergétique alors qu’ils ne transportent pas de données utiles.Unfortunately, pilot symbols contribute to energy expenditure even though they do not carry any useful data.

La modulation CCSK (pour Cyclic Code-Shift Keying en anglais) permet la transmission de signaux pilotes sans surcoût. Cette méthode de modulation propose de moduler les données à transmettre par la rotation/décalage cyclique d’une séquence racine de symboles complexes. La séquence racine est telle que ses versions décalées sont orthogonales entre elles, c’est-à-dire qu’elle offre une bonne fonction d’autocorrélation. Ainsi, on associe à chaque mot binaire à transmettre un décalage cyclique particulier de la séquence racine. La séquence racine étant connue du récepteur, les séquences transmises peuvent servir de pilotes pour la synchronisation et l’estimation du canal.CCSK modulation (for Cyclic Code-Shift Keying in English) allows the transmission of pilot signals without additional cost. This modulation method proposes to modulate the data to be transmitted by the cyclic rotation/shift of a root sequence of complex symbols. The root sequence is such that its shifted versions are orthogonal to each other, that is to say that it offers a good autocorrelation function. Thus, each binary word to be transmitted is associated with a particular cyclic shift of the root sequence. Since the root sequence is known to the receiver, the transmitted sequences can be used as pilots for synchronization and channel estimation.

Par exemple, une séquence racine composée de 4 symboles complexes [a ; b ; c ; d] permet de moduler des mots binaires de 2 bits. Le mot ‘00’ est par exemple associé à un décalage nul correspondant à la séquence [a ; b ; c ; d], le mot ‘01’ à un décalage d’une position correspondant à la séquence [d ; a ; b ; c], le mot ‘10’ à un décalage de deux positions correspondant à la séquence [c ; d ; a ; b] et le mot ‘11’ à un décalage de 3 positions correspondant à la séquence [b ; c ; d ; a].For example, a root sequence composed of 4 complex symbols [a; b; c; d] can modulate 2-bit binary words. For example, the word ‘00’ is associated with a zero offset corresponding to the sequence [a; b; c; d], the word ‘01’ with a one-position offset corresponding to the sequence [d; a; b; c], the word ‘10’ with a two-position offset corresponding to the sequence [c; d; a; b] and the word ‘11’ with a 3-position offset corresponding to the sequence [b; c; d; a].

Au récepteur, la démodulation s’effectue par une corrélation croisée avec la séquence racine. L’emplacement du maximum de corrélation indique l’information modulée via un mapping inverse. Par exemple, pour démoduler la séquence [d ; a ; b ; c], le résultat de la corrélation croisée avec la séquence racine [a ; b ; c ; d] fournit le résultat normalisé [0 ; 1 ; 0 ; 0]. Le maximum de corrélation à cet indice correspond au mot binaire ‘01’.At the receiver, demodulation is performed by cross-correlation with the root sequence. The location of the correlation maximum indicates the information modulated via an inverse mapping. For example, to demodulate the sequence [d; a; b; c], the result of the cross-correlation with the root sequence [a; b; c; d] provides the normalized result [0; 1; 0; 0]. The correlation maximum at this index corresponds to the binary word ‘01’.

En utilisant pour la modulation CCSK une séquence racine qui présente une fonction d’autocorrélation parfaite et dont la transformée de Fourrier inverse (IDFT, pour Inverse Discrete Fourrier Transform en anglais) présente également de bonnes propriétés d’auto-corrélation, il est possible d’obtenir une estimation de la réponse impulsionnelle du canal (ou CIR, pour Channel Impulse Response) par corrélation de chaque symbole OFDM reçu avec l’IDFT de la séquence racine. En effet, la longueur du préfixe cyclique (ou CP pour Cyclic Prefix) OFDM étant par construction du système de télécommunications toujours supérieure à la longueur de la CIR, chaque sous-porteuse subit un canal plat en fréquence, correspondant à la transformée de Fourrier Discrète (ou DFT, pour Discrete Fourrier Transform) de la CIR.By using for CCSK modulation a root sequence that has a perfect autocorrelation function and whose inverse Fourier transform (IDFT) also has good autocorrelation properties, it is possible to obtain an estimate of the channel impulse response (or CIR) by correlating each OFDM symbol received with the IDFT of the root sequence. Indeed, the length of the OFDM cyclic prefix (or CP) being by construction of the telecommunications system always greater than the length of the CIR, each subcarrier undergoes a flat channel in frequency, corresponding to the Discrete Fourrier Transform (or DFT) of the CIR.

Lorsqu’une séquence CCSK de taille N est transmise dans un symbole OFDM, on obtient alors une CIR de taille N, ayant subi un décalage cyclique lié au décalage cyclique de la séquence CCSK transmise dans le symbole OFDM.When a CCSK sequence of size N is transmitted in an OFDM symbol, we then obtain a CIR of size N, having undergone a cyclic shift linked to the cyclic shift of the CCSK sequence transmitted in the OFDM symbol.

Malheureusement, la CIR subit également un bruit additif blanc gaussien, et il n’est pas toujours possible de différencier un coefficient du canal, d’un coefficient de bruit, et donc de déterminer le décalage subit par la CIR.Unfortunately, the CIR also experiences additive white Gaussian noise, and it is not always possible to differentiate a channel coefficient from a noise coefficient, and thus determine the shift experienced by the CIR.

Or, la DFT d’une CIR décalée n’est pas directement utilisable pour égaliser les sous-porteuses du symbole OFDM en question. En effet, le décalage qu’elle a subi est lié au décalage de la séquence CCSK transmise. En conséquence, si on tente d’égaliser en fréquence la séquence reçue avec une telle estimation de canal, le résultat de la corrélation donnera toujours un pic à l’indice zéro, car l’information modulée aura été supprimée par l’égalisation.However, the DFT of a shifted CIR cannot be directly used to equalize the subcarriers of the OFDM symbol in question. Indeed, the shift it has undergone is linked to the shift of the transmitted CCSK sequence. Consequently, if we try to frequency equalize the received sequence with such a channel estimate, the correlation result will always give a peak at index zero, because the modulated information will have been removed by the equalization.

Ainsi, il existe un besoin pour une méthode qui permette d’améliorer l’égalisation d’un canal de transmission OFDM utilisant une modulation CCSK, sans utiliser de symboles pilotes dédiés.Thus, there is a need for a method to improve the equalization of an OFDM transmission channel using CCSK modulation, without using dedicated pilot symbols.

A cet effet, il est proposé un procédé d’égalisation d’un canal de transmission OFDM sur lequel est reçue une trame de données en provenance d’un émetteur, ladite trame comprenant une pluralité de mots binaires, un mot étant associé à une séquence de bribes particulière obtenue par décalage cyclique d’une séquence racine, le procédé comprenant les étapes suivantes :

Réception d’un premier et d’au moins un deuxième symbole OFDM transportant respectivement une première et une deuxième séquence de bribes de ladite trame,
Détermination d’une première Réponse Impulsionnelle du canal par calcul d’une corrélation entre le premier symbole OFDM reçu et l’IDFT de la séquence racine, et d’au moins une deuxième Réponse Impulsionnelle du canal par calcul d’une corrélation entre le deuxième symbole OFDM reçu et l’IDFT de la séquence racine,
Calcul d’une Transformée de Fourrier Discrète de la première et de la deuxième Réponse Impulsionnelle pour obtenir respectivement un premier vecteur d’estimation du canal H0 et un deuxième vecteur d’estimation du canal H1,
Egalisation du deuxième symbole OFDM à partir du premier vecteur H0,
Egalisation du premier symbole à partir du deuxième vecteur H1, et
Démodulation de la trame à partir des symboles égalisés.

For this purpose, a method is proposed for equalizing an OFDM transmission channel on which a data frame is received from a transmitter, said frame comprising a plurality of binary words, a word being associated with a particular sequence of chips obtained by cyclic shifting of a root sequence, the method comprising the following steps:

Reception of a first and at least one second OFDM symbol respectively carrying a first and a second sequence of chips of said frame,
Determination of a first Impulse Response of the channel by calculating a correlation between the first OFDM symbol received and the IDFT of the root sequence, and of at least a second Impulse Response of the channel by calculating a correlation between the second OFDM symbol received and the IDFT of the root sequence,
Calculation of a Discrete Fourier Transform of the first and second Impulse Response to obtain respectively a first estimation vector of the H0 channel and a second estimation vector of the H1 channel,
Equalization of the second OFDM symbol from the first H0 vector,
Equalization of the first symbol from the second vector H1, and
Demodulation of the frame from the equalized symbols.

Il est ainsi proposé d’égaliser le premier symbole OFDM à partir de la CIR calculée à partir du deuxième symbole et d’égaliser le deuxième symbole à partir de la CIR calculée à partir du premier symbole OFDM. En effet, chaque symbole OFDM comprenant une séquence CCSK peut être utilisé pour estimer le canal.It is thus proposed to equalize the first OFDM symbol from the CIR calculated from the second symbol and to equalize the second symbol from the CIR calculated from the first OFDM symbol. Indeed, each OFDM symbol comprising a CCSK sequence can be used to estimate the channel.

Le procédé permet en outre d’obtenir des informations sur les décalages cycliques relatifs entre séquences comprises dans les symboles OFDM de la trame.The method also makes it possible to obtain information on the relative cyclic shifts between sequences included in the OFDM symbols of the frame.

En effet, supposons que la séquence reçue dans le premier symbole a un décalage d’indice P₀par rapport à la séquence racine, et que la séquence reçue dans le deuxième symbole à un décalage d’indice P₁. L’étape de calcul d’une DTF permet d’obtenir une estimation de canal H₀pour le premier symbole OFDM, et H₁pour le deuxième symbole OFDM. En supposant que le canal évolue lentement dans le temps, les canaux subits par des symboles OFDM successifs sont fortement corrélés sur chaque sous-porteuse. En égalisant le deuxième symbole OFDM avec H₀et en calculant un maximum de corrélation par une démodulation CCSK, le pic de corrélation se situera à l’indice égal à P₁-P₀modulo N. On obtient donc une information sur le décalage relatif entre la séquence comprise dans le deuxième symbole et celle comprise dans le premier symbole. Inversement, en égalisant le premier symbole zéro avec H₁, le maximum de corrélation se situera en P₀-P₁modulo N.Indeed, let us assume that the sequence received in the first symbol has an index offset P ₀ relative to the root sequence, and that the sequence received in the second symbol has an index offset P ₁ . The step of calculating a DTF makes it possible to obtain a channel estimate H ₀ for the first OFDM symbol, and H ₁ for the second OFDM symbol. Assuming that the channel evolves slowly over time, the channels undergone by successive OFDM symbols are strongly correlated on each subcarrier. By equalizing the second OFDM symbol with H ₀ and calculating a correlation maximum by CCSK demodulation, the correlation peak will be located at the index equal to P ₁ -P ₀ modulo N. We therefore obtain information on the relative offset between the sequence included in the second symbol and that included in the first symbol. Conversely, by equalizing the first zero symbol with H ₁ , the correlation maximum will be located at P ₀ -P ₁ modulo N.

L’information obtenue concernant les décalages relatif entre les séquences peut être utilisée pour effectuer une démodulation décalée afin de retrouver les symboles transmis.The information obtained regarding the relative offsets between the sequences can be used to perform offset demodulation in order to find the transmitted symbols.

Ainsi, chaque symbole OFDM de la trame peut être utilisé pour égaliser tous les autres symboles OFDM de la trame, sans qu’il soit nécessaire de transmettre des symboles pilotes dédiés. En outre, cette égalisation permet d’obtenir une information sur les décalages relatifs des séquences CCSK permettant sa démodulation.Thus, each OFDM symbol in the frame can be used to equalize all other OFDM symbols in the frame, without the need to transmit dedicated pilot symbols. In addition, this equalization provides information on the relative offsets of the CCSK sequences allowing its demodulation.

Selon un mode particulier de réalisation, les étapes d’égalisation comprennent une multiplication terme à terme du symbole OFDM par le conjugué complexe du vecteur obtenu correspondant.According to a particular embodiment, the equalization steps comprise a term-by-term multiplication of the OFDM symbol by the complex conjugate of the corresponding obtained vector.

Soit le vecteur de N éléments issu de la DFT de la CIR du symbole OFDM k. On utilise ce vecteur pour égaliser un autre symbole OFDM d’indice m. Cette égalisation se fait par une multiplication terme à terme, entre les symboles complexes du symbole OFDM m reçu et le conjugué complexe du vecteur . Concrètement, en désignant par le i^èmeélément du vecteur , soit le coefficient complexe du canal affectant la sous-porteuse d’indice i, et en désignant par le symbole complexe reçu sur la sous-porteuse d’indice i du symbole OFDM d’indice m, l’opération d’égalisation s’effectue par le calcul Either the vector of N elements resulting from the DFT of the CIR of the OFDM symbol k. This vector is used to equalize another OFDM symbol of index m. This equalization is done by a term-by-term multiplication, between the complex symbols of the OFDM symbol m received and the complex conjugate of the vector . Concretely, by designating by the i ^th element of the vector , or the complex coefficient of the channel affecting the subcarrier of index i, and denoting by the complex symbol received on the subcarrier of index i of the OFDM symbol of index m, the equalization operation is carried out by the calculation

Ce procédé d’égalisation s’apparente à celui du Maximum Ratio Combining (MRC). À la différence d’une méthode d’égalisation plus usuelle comme le Zero Forcing (ZF), selon laquelle les termes du symbole sont divisés par H, le MRC permet de tirer pleinement partie de la diversité du canal en fréquence, lors du calcul de la corrélation croisée avec la séquence racine. Une telle disposition permet d’améliorer nettement l’égalisation par rapport à la technique antérieure selon laquelle les termes du symbole sont divisés par H.This equalization method is similar to that of Maximum Ratio Combining (MRC). Unlike a more common equalization method such as Zero Forcing (ZF), according to which the symbol terms are divided by H, MRC allows to take full advantage of the frequency diversity of the channel, when calculating the cross-correlation with the root sequence. Such an arrangement allows to significantly improve the equalization compared to the prior technique according to which the symbol terms are divided by H.

Selon un mode de réalisation particulier, l’ensemble des symboles OFDM de la trame sont égalisés à partir d’un vecteur d’estimation déterminé pour un symbole OFDM particulier comprenant une séquence CCSK, dite séquence de référence.According to a particular embodiment, all of the OFDM symbols of the frame are equalized from an estimation vector determined for a particular OFDM symbol comprising a CCSK sequence, called the reference sequence.

Ainsi, on égalise l’ensemble de la trame avec une CIR déterminée à partir d’un symbole OFDM particulier. Une telle disposition permet non seulement d’égaliser tous les autres symboles de la trame mais aussi d’obtenir une estimation de tous les décalages relatifs entre les séquences transmises.Thus, the entire frame is equalized with a CIR determined from a particular OFDM symbol. Such an arrangement not only allows all other symbols in the frame to be equalized but also allows an estimate of all relative offsets between the transmitted sequences to be obtained.

Prenons par exemple une trame de trois symboles OFDM P₀, P₁et P₂contenant chacun une séquence CCSK à partir desquels on a respectivement déterminé trois CIR H₀, H₁, et H₂. En égalisant la trame avec H₀, les maximums de corrélation se situent aux indices P₁-P₀modulo N et P₂-P₀modulo N. En prenant arbitrairement une séquence de la trame comme référence, on peut ainsi connaître le décalage de chaque séquence par rapport à cette séquence de référence. Ces estimations sont respectivement P₁-P₀et P₂-P₀. Le procédé permet ainsi d’effectuer une démodulation décalée dans laquelle toutes les séquences ont été décalées d’une valeur P₀.Let us take for example a frame of three OFDM symbols P ₀ , P ₁ and P ₂ each containing a CCSK sequence from which three CIRs H ₀ , H ₁ , and H ₂ have been respectively determined. By equalizing the frame with H ₀ , the correlation maxima are located at the indices P ₁ -P ₀ modulo N and P ₂ -P ₀ modulo N. By arbitrarily taking a sequence of the frame as a reference, we can thus know the offset of each sequence with respect to this reference sequence. These estimates are respectively P ₁ -P ₀ and P ₂ -P ₀ . The method thus makes it possible to carry out an offset demodulation in which all the sequences have been offset by a value P ₀ .

En appliquant ce principe à tous les symboles de la trame, on obtient une matrice telle que la matrice suivante dans laquelle un vecteur P_m/ncorrespond au symbole m égalisé avec la CIR déterminée pour le symbole n.
Applying this principle to all symbols in the frame, we obtain a matrix such as the following matrix in which a vector P _m/n corresponds to the symbol m equalized with the CIR determined for the symbol n.

Par exemple, en prenant arbitrairement pour référence la séquence P₂, la dernière ligne d’une telle matrice permet par exemple de connaître les décalages relatifs des séquence P₀et P₁par rapport à la séquence P₂.For example, by arbitrarily taking the sequence P ₂ as a reference, the last line of such a matrix allows, for example, knowing the relative shifts of the sequences P ₀ and P ₁ with respect to the sequence P ₂ .

Le procédé permet ainsi une démodulation décalée de l’ensemble de la trame, avec une estimation et une égalisation du canal sans séquence pilote. Toutes les séquences, y compris la séquence de référence, transportent de l’information utile.The method thus allows for offset demodulation of the entire frame, with channel estimation and equalization without a pilot sequence. All sequences, including the reference sequence, carry useful information.

Une telle matrice permet en outre de développer différents algorithmes de démodulation, notamment, une approche basée sur un graphe de facteurs.Such a matrix also allows the development of different demodulation algorithms, in particular, an approach based on a factor graph.

Selon une réalisation particulière, la séquence de référence est comprise dans un symbole OFDM transmis dans le deuxième tiers de la trame.According to a particular embodiment, the reference sequence is included in an OFDM symbol transmitted in the second third of the frame.

Le symbole OFDM comprenant la séquence utilisée comme référence pour déterminer les décalages relatifs entre les séquences de la trame est sélectionné dans le milieu de la trame. Il est préférable de choisir un symbole OFDM central dans la trame pour réduire l’impact de la décorrélation temporelle du canal.The OFDM symbol comprising the sequence used as a reference to determine the relative offsets between sequences in the frame is selected in the middle of the frame. It is preferable to choose an OFDM symbol central to the frame to reduce the impact of channel temporal decorrelation.

Selon un mode particulier de réalisation, il est proposé de sélectionner une première séquence de référence dans un symbole OFDM situé dans un premier tiers de la trame et une deuxième séquence de référence comprise dans un symbole OFDM du dernier tiers de la trame, les première et deuxième séquences étant en outre sélectionnées de telle sorte qu’elles sont affectées d’un même décalage à l’émission.According to a particular embodiment, it is proposed to select a first reference sequence in an OFDM symbol located in a first third of the frame and a second reference sequence included in an OFDM symbol of the last third of the frame, the first and second sequences being further selected such that they are assigned the same offset on transmission.

Il est ainsi proposé de considérer au moins deux séquences de référence dans la trame reçue afin de capter l’évolution temporelle du canal et améliorer l’étape d’interpolation lorsque le canal de propagation évolue dans le temps et que les canaux deviennent décorrélés au cours de la transmission d’une même trame. Les séquences de référence sélectionnées doivent avoir le même décalage cyclique à l’émission par rapport à une même séquence racine, de sorte que les décalages relatifs estimés à partir des différentes séquences de référence sont identiques, au bruit près.It is thus proposed to consider at least two reference sequences in the received frame in order to capture the temporal evolution of the channel and improve the interpolation step when the propagation channel evolves over time and the channels become decorrelated during the transmission of the same frame. The selected reference sequences must have the same cyclic shift at transmission relative to the same root sequence, so that the relative shifts estimated from the different reference sequences are identical, apart from noise.

Les estimations de canal obtenues à partir des différentes séquences de référence peuvent être utilisées pour égaliser les symboles dans le voisinage respectif de ces symboles, égaliser la trame avec une moyenne des deux estimations ou encore égaliser la trame à partir d’une interpolation calculée à partir des deux estimations.The channel estimates obtained from the different reference sequences can be used to equalize the symbols in the respective neighborhood of these symbols, equalize the frame with an average of the two estimates or even equalize the frame from an interpolation calculated from the two estimates.

La deuxième séquence de référence peut être une répétition d’une première séquence sélectionnée dans la trame qui est insérée à dessein par l’émetteur pour permettre au récepteur de prendre en compte une évolution du canal. Alors que la technique antérieure dans laquelle R symboles pilotes ne transportant pas de données utiles sont insérés dans une trame, le procédé ne nécessite que R-1 symboles ne transportant pas de données utiles. Le procédé permet ainsi de gagner en efficacité spectrale par rapport à l’art antérieur.The second reference sequence may be a repetition of a first sequence selected in the frame that is purposely inserted by the transmitter to allow the receiver to take into account a channel evolution. While the prior art in which R pilot symbols not carrying useful data are inserted in a frame, the method only requires R-1 symbols not carrying useful data. The method thus makes it possible to gain in spectral efficiency compared to the prior art.

Selon un mode particulier de réalisation, le procédé comprend une étape d’obtention d’une indication relative à l’emplacement dans la trame des symboles OFDM contenant respectivement la première et la deuxième séquence de référence.According to a particular embodiment, the method comprises a step of obtaining an indication relating to the location in the frame of the OFDM symbols respectively containing the first and second reference sequences.

L’indication permet au récepteur d‘identifier les symboles OFDM comprenant une séquence de référence. L’indication est par exemple transmise au préalable par l’émetteur dans un message adapté, ou bien préconfigurée dans le récepteur conformément à un standard.The indication allows the receiver to identify OFDM symbols comprising a reference sequence. The indication is, for example, transmitted in advance by the transmitter in a suitable message, or preconfigured in the receiver according to a standard.

En variante, le procédé peut comprendre une étape préalable au cours de laquelle le récepteur transmet à l’émetteur un message comprenant une indication relative à un ou plusieurs emplacements auxquels il souhaite voir insérer par l’émetteur une séquence de référence.Alternatively, the method may comprise a prior step during which the receiver transmits to the transmitter a message comprising an indication relating to one or more locations at which it wishes the transmitter to insert a reference sequence.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un dispositif d’égalisation d’un canal de transmission OFDM sur lequel est reçue une trame de données en provenance d’un émetteur, ladite trame comprenant une pluralité de mots binaires, un mot étant associé à une séquence de bribes particulière obtenue par décalage cyclique d’une séquence racine, le dispositif comprenant un récepteur radiofréquence et un processeur couplé à une mémoire dans laquelle sont enregistrées des instructions de programme adaptées pour mettre en œuvre les étapes d’un procédé d’égalisation comprenant les étapes suivantes :

Réception d’un premier et d’au moins un deuxième symbole OFDM transportant respectivement une première et une deuxième séquence de bribes de ladite trame,
Détermination d’une première Réponse Impulsionnelle du canal par calcul d’une corrélation entre le premier symbole OFDM reçu et l’IDFT de la séquence racine, et d’au moins une deuxième Réponse Impulsionnelle du canal par calcul d’une corrélation entre le deuxième symbole OFDM reçu et l’IDFT de la séquence racine,
Calcul d’une Transformée de Fourrier Discrète de la première et de la deuxième Réponse Impulsionnelle pour obtenir respectivement un premier vecteur d’estimation du canal H0 et un deuxième vecteur d’estimation du canal H1,
Egalisation du deuxième symbole OFDM à partir du premier vecteur,
Egalisation du premier symbole à partir du deuxième vecteur, et
Démodulation de la trame à partir des symboles égalisés.

According to another aspect, the invention relates to a device for equalizing an OFDM transmission channel on which a data frame is received from a transmitter, said frame comprising a plurality of binary words, a word being associated with a particular sequence of chips obtained by cyclic shifting of a root sequence, the device comprising a radiofrequency receiver and a processor coupled to a memory in which are recorded program instructions adapted to implement the steps of an equalization method comprising the following steps:

Reception of a first and at least one second OFDM symbol respectively carrying a first and a second sequence of chips of said frame,
Determination of a first Impulse Response of the channel by calculating a correlation between the first OFDM symbol received and the IDFT of the root sequence, and of at least a second Impulse Response of the channel by calculating a correlation between the second OFDM symbol received and the IDFT of the root sequence,
Calculation of a Discrete Fourier Transform of the first and second Impulse Response to obtain respectively a first estimation vector of the H0 channel and a second estimation vector of the H1 channel,
Equalization of the second OFDM symbol from the first vector,
Equalization of the first symbol from the second vector, and
Demodulation of the frame from the equalized symbols.

L’invention vise également un terminal de communication comprenant un dispositif d’égalisation tel que décrit ci-dessus.The invention also relates to a communication terminal comprising an equalization device as described above.

Dans un mode particulier de réalisation, les différentes étapes du procédé d’égalisation sont déterminées par des instructions de programmes d’ordinateurs.In a particular embodiment, the different steps of the equalization method are determined by computer program instructions.

En conséquence, l’invention vise aussi un programme d’ordinateur comportant des instructions adaptées à la mise en œuvre des étapes d'un procédé d’égalisation tel que décrit ci-dessus, lorsque le programme est exécuté par un processeur.Consequently, the invention also relates to a computer program comprising instructions adapted to the implementation of the steps of an equalization method as described above, when the program is executed by a processor.

Ce programme peut utiliser n’importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n’importe quelle autre forme souhaitable.This program may use any programming language, and may be in the form of source code, object code, or code intermediate between source code and object code, such as in a partially compiled form, or in any other desirable form.

L’invention vise aussi un support d’information lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé d’égalisation tel que décrit ci-dessus.The invention also relates to a computer-readable information medium on which is recorded a computer program comprising instructions for executing the steps of an equalization method as described above.

Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, une mémoire flash, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, comme un disque dur.The information carrier may be any entity or device capable of storing the program. For example, the carrier may include a storage medium, such as a ROM, such as a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, a flash memory, or a magnetic recording medium, such as a hard disk.

D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.On the other hand, the information carrier may be a transmissible carrier such as an electrical or optical signal, which may be conveyed via an electrical or optical cable, by radio or by other means. The program according to the invention may in particular be downloaded from a network such as the Internet.

Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.Alternatively, the information carrier may be an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the method in question.

Les différents modes ou caractéristiques de réalisation précités peuvent être ajoutés indépendamment ou en combinaison les uns avec les autres, aux étapes du procédé d’égalisation.The various embodiments or features mentioned above may be added independently or in combination with each other, to the steps of the equalization method.

Les dispositifs, terminaux, programmes et supports d’information présentent des avantages analogues à ceux du procédé auquel ils correspondent.The devices, terminals, programs and information media have advantages similar to those of the process to which they correspond.

Brief description of the figures

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d’un mode de réalisation préféré décrit en référence aux dessins annexés parmi lesquels :

La représente un environnement adapté pour mettre en œuvre le procédé d’égalisation selon un mode particulier de réalisation,
La représente les principales étapes d’un procédé de transmission, selon une réalisation particulière,
La représente les principales étapes d’un procédé d’égalisation, selon une réalisation particulière,
La illustre l’architecture d’un dispositif adapté pour mettre en œuvre un procédé d’égalisation selon un mode particulier de réalisation.

Other features and advantages will become apparent upon reading a preferred embodiment described with reference to the accompanying drawings, among which:

There represents an environment suitable for implementing the equalization method according to a particular embodiment,
There represents the main steps of a transmission process, according to a particular embodiment,
There represents the main steps of an equalization process, according to a particular embodiment,
There illustrates the architecture of a device suitable for implementing an equalization method according to a particular embodiment.

Detailed description

Dans la description qui va suivre, des modes de réalisation sont décrits sur la base d’exemples non limitatifs permettant d’expliciter les concepts sur lesquels se base l’invention. En particulier, bien que les exemples et la terminologie employés peuvent se référer à certaines technologies ou standards bien connus, ces références ne sont pas limitatives et d’autres technologies peuvent être adaptées pour mettre en œuvre les concepts de l’invention. Par exemple, les technologies CCSK ou OFDM auxquelles il est fait référence peuvent être remplacées par différentes techniques de modulation basées respectivement sur des décalages circulaires de séquences de valeurs complexes ou des transmissions multi-porteuses sans qu’il soit nécessaire de modifier l’invention.In the following description, embodiments are described on the basis of non-limiting examples to explain the concepts on which the invention is based. In particular, although the examples and the terminology used may refer to certain well-known technologies or standards, these references are not limiting and other technologies may be adapted to implement the concepts of the invention. For example, the CCSK or OFDM technologies referred to may be replaced by different modulation techniques based respectively on circular shifts of complex value sequences or multi-carrier transmissions without it being necessary to modify the invention.

La représente un environnement 100 adapté pour mettre en œuvre le procédé de d’égalisation selon un mode de réalisation particulier.There represents an environment 100 adapted to implement the equalization method according to a particular embodiment.

L’environnement 100 comprend un équipement sans fil 102, par exemple objet connecté tel qu’un capteur de température. Bien entendu, on peut envisager différents types d’équipement 102, comme des capteurs ou objets connectés, des dispositifs de communication M2M (Machine To Machine) ou des terminaux, comme des tablettes ou des téléphones mobiles par exemple.The environment 100 comprises wireless equipment 102, for example a connected object such as a temperature sensor. Of course, different types of equipment 102 can be envisaged, such as sensors or connected objects, M2M (Machine To Machine) communication devices or terminals, such as tablets or mobile phones for example.

Dans l’exemple de la , l’équipement 102 échange des données avec un serveur applicatif 103 d’un réseau de communication 104 par l’intermédiaire d’une passerelle 105. La passerelle 105 est par exemple une unité radio d’un réseau d’accès cellulaire, comme un réseau 3G, 4G, 5G, 6G, WiFi® ou encore WiMax®, une passerelle domestique ou tout type de dispositif adapté pour communiquer par radiofréquence avec le capteur 102. Dans l’environnement 100 pris pour exemple, la passerelle 105 est une station de base, un eNodeB ou un gNodeB, et communique avec le réseau de communication 104 au travers d’une connexion 107 pouvant être filaire, optique ou sans fil.In the example of the , the equipment 102 exchanges data with an application server 103 of a communication network 104 via a gateway 105. The gateway 105 is for example a radio unit of a cellular access network, such as a 3G, 4G, 5G, 6G, WiFi® or WiMax® network, a home gateway or any type of device suitable for communicating by radio frequency with the sensor 102. In the environment 100 taken as an example, the gateway 105 is a base station, an eNodeB or a gNodeB, and communicates with the communication network 104 via a connection 107 which may be wired, optical or wireless.

Dans la présente description, on s’intéresse particulièrement au canal de communication 106 utilisé par l’équipement 102 pour communiquer avec la passerelle 105. Le canal de communication est un canal radiofréquence utilisant une modulation multi-porteuses de type CP-OFDM.In this description, we are particularly interested in the communication channel 106 used by the equipment 102 to communicate with the gateway 105. The communication channel is a radiofrequency channel using multi-carrier modulation of the CP-OFDM type.

Plus précisément, lorsque l’équipement 102 souhaite transmettre une trame de données au serveur applicatif 103, les mots binaires composant la trame sont modulés selon un schéma de modulation CCSK avant d’être transmis à la passerelle 105 sur une pluralité de sous porteuses OFDM. La passerelle démodule les mots binaires reçus pour reconstituer la trame émise avant de retransmettre les données vers le serveur 103 au travers d’une connexion 107 conformément à un protocole de communication qui peut être distinct de celui employé entre l’équipement 102 et la passerelle 105.More precisely, when the equipment 102 wishes to transmit a data frame to the application server 103, the binary words composing the frame are modulated according to a CCSK modulation scheme before being transmitted to the gateway 105 on a plurality of OFDM subcarriers. The gateway demodulates the binary words received to reconstruct the transmitted frame before retransmitting the data to the server 103 through a connection 107 in accordance with a communication protocol which may be distinct from that used between the equipment 102 and the gateway 105.

Un mode particulier de réalisation va maintenant être décrit en référence aux figures 2 et 3.A particular embodiment will now be described with reference to Figures 2 and 3.

Lors d’une premièreétape 200, l’équipement 102 prépare une première trame de données à transmettre vers la passerelle 105. On entend ici par « trame » ou « paquet » de données une unité de transmission comprenant un ou plusieurs mots binaires auxquels est associé un mécanisme de contrôle d’intégrité, par exemple un contrôle de redondance cyclique (ou CRC, pour Cyclic Redondancy Code en anglais). Un tel mécanisme est connu en soi et permet de détecter des erreurs de transmission. Par exemple, la trame de données préparée par le capteur de température 102 peut comprendre un champ comprenant des informations relatives à un relevé de température et un champ comprenant un CRC.In a first step 200 , the equipment 102 prepares a first data frame to be transmitted to the gateway 105. Here, the term “data frame” or “packet” is understood to mean a transmission unit comprising one or more binary words with which an integrity control mechanism is associated, for example a cyclic redundancy check (or CRC, for Cyclic Redundancy Code in English). Such a mechanism is known per se and makes it possible to detect transmission errors. For example, the data frame prepared by the temperature sensor 102 may comprise a field comprising information relating to a temperature reading and a field comprising a CRC.

Les mots binaires composant la trame préparée sont ensuite modulés lors d’uneétape 201. Cette étape de modulation consiste à encoder les données pour permettre leur transmission sur le canal de communication. Il est ici proposé d’utiliser une modulation CCSK selon laquelle on associe à chaque mot binaire une version particulière d’une séquence racine obtenue par un décalage cyclique particulier. Ainsi, pour coder un mot binaire de p bits, la séquence racine doit comporter au moins 2^péléments appelés bribes (ou chips en anglais).The binary words composing the prepared frame are then modulated during a step 201. This modulation step consists of encoding the data to allow their transmission on the communication channel. It is proposed here to use a CCSK modulation according to which a particular version of a root sequence obtained by a particular cyclic shift is associated with each binary word. Thus, to code a binary word of p bits, the root sequence must comprise at least 2 ^p elements called chips.

La séquence racine est de préférence une séquence présentant une fonction d’autocorrélation parfaite, c’est-à-dire un pic de corrélation unique pour un décalage nul. La séquence racine est en outre configurée pour que son IDFT présente une bonne fonction d’autocorrélation. Dans une réalisation particulière, la séquence racine est une séquence de Zadoff-Chu (ZC). Les séquences ZC présente en effet de telles propriétés.The root sequence is preferably a sequence exhibiting a perfect autocorrelation function, i.e., a single correlation peak for zero lag. The root sequence is further configured so that its IDFT exhibits a good autocorrelation function. In a particular embodiment, the root sequence is a Zadoff-Chu (ZC) sequence. ZC sequences indeed exhibit such properties.

Les séquences codant les mots binaires de la trame sont présentées en entrée d’un convertisseur série-parallèle (S/P) àl’étape 202.Le convertisseur série-parallèle est configuré pour produire un vecteur de taille N pour chaque séquence présentée en entrée. Ainsi, pour une séquence CCSK présentée en entrée du convertisseur S/P, on obtient un vecteur de taille N comprenant les N éléments.The sequences encoding the binary words of the frame are presented as input to a serial-to-parallel (S/P) converter in step 202. The serial-to-parallel converter is configured to produce a vector of size N for each sequence presented as input. Thus, for a CCSK sequence presented as input to the S/P converter, a vector of size N comprising the N elements is obtained.

Au cours d’uneétape 203, une transformée de Fourrier Inverse Discrète (IDFT) est ensuite appliquée au vecteur généré par le convertisseur série/parallèle pour obtenir un vecteur de N échantillons , avec .In a step 203 , an Inverse Discrete Fourier Transform (IDFT) is then applied to the vector generated by the serial/parallel converter to obtain a vector of N samples. , with .

Le vecteur ainsi obtenu est alors sérialisé àl’étape 204par un convertisseur parallèle/série (P/S), de sorte que, lors d’uneétape 205,chaque élément du vecteur est transmis sur une sous-porteuse OFDM distincte d’un même symbole OFDM, après ajout d’un préfixe cyclique.The vector thus obtained is then serialized in step 204 by a parallel/serial (P/S) converter, so that, during a step 205, each element of the vector is transmitted on a distinct OFDM subcarrier of the same OFDM symbol, after adding a cyclic prefix.

Dans un mode de réalisation particulier, le convertisseur S/P est configuré pour produire un vecteur de taille K = q*N lorsqu’on lui présente successivement q séquences CCSK de taille N notées avec .In a particular embodiment, the S/P converter is configured to produce a vector of size K = q*N when successively presented with q CCSK sequences of size N denoted with .

Plus précisément, le convertisseur S/P est tel que les q séquences de N éléments codant les mots à transmettre sont entrelacées de manière périodique et régulière dans un vecteur de taille K =q*N dans lequel sont arrangés les éléments des q séquences associées aux q mots à transmettre.More precisely, the S/P converter is such that the q sequences of N elements coding the words to be transmitted are interleaved periodically and regularly in a vector of size K = q*N in which the elements are arranged q sequences associated with the q words to be transmitted.

Il est ainsi proposé d’intercaler les éléments des q séquences dans un vecteur de taille K=q*N selon une loi d’entrelacement périodique selon laquelle un élément d’une séquence , avec et occupe le rang dans le vecteur entrelacé.It is thus proposed to intercalate the elements of the q sequences in a vector of size K=q*N according to a periodic interlacing law according to which an element of a sequence , with And occupies the rank in the interlaced vector.

Le procédé d’égalisation va maintenant être décrit en référence à la .The equalization process will now be described with reference to the .

Lors d’une premièreétape 300, au moins un premier et un deuxième symbole OFDM transmis par l’équipement 102 sont reçus successivement par la passerelle 105. Les symboles OFDM comprennent au moins une séquence CCSK de N bribes codant pour un mot binaire et sont reçus sur N sous porteuses.During a first step 300 , at least a first and a second OFDM symbol transmitted by the equipment 102 are received successively by the gateway 105. The OFDM symbols comprise at least one CCSK sequence of N chips coding for a binary word and are received on N subcarriers.

Lors d’uneétape 301, une première Réponse Impulsionnelle du Canal (CIR) est déterminée en calculant une corrélation entre le premier symbole OFDM y1 reçu et l’IDFT de la séquence racine utilisée par l’équipement 102 pour moduler les mots binaires transmis. Une deuxième Réponse Impulsionnelle du Canal (CIR) est également déterminée en calculant une corrélation entre le deuxième symbole OFDM y2 reçu et l’IDFT de la séquence racine.In a step 301 , a first Channel Impulse Response (CIR) is determined by calculating a correlation between the first OFDM symbol y1 received and the IDFT of the root sequence used by the equipment 102 to modulate the transmitted binary words. A second Channel Impulse Response (CIR) is also determined by calculating a correlation between the second OFDM symbol y2 received and the IDFT of the root sequence.

Les première et deuxième Réponses Impulsionnelles obtenues sont de taille N et présentent chacune un décalage identique au décalage de l’IDFT de la séquence à partir de laquelle elle a été calculée. Ce décalage est notamment lié au décalage de la séquence à l’émission, mais un décalage supplémentaire peut être occasionné par un phénomène d’aliasing en fréquence. Ainsi, par exemple, en notant la CIR d’une séquence présentant un décalage nul (c’est-à-dire la CIR d’une séquence correspondant à la séquence racine), la CIR obtenue pour une séquence décalée cycliquement d’un indice 1 peut être de la forme .The first and second Impulse Responses obtained are of size N and each have an offset identical to the offset of the IDFT of the sequence from which it was calculated. This offset is notably linked to the offset of the sequence at emission, but an additional offset can be caused by a frequency aliasing phenomenon. Thus, for example, by noting the CIR of a sequence with zero shift (i.e. the CIR of a sequence corresponding to the root sequence), the CIR obtained for a sequence cyclically shifted by an index 1 can be of the form .

Considérons par exemple une séquence S et l'IDFT de cette séquence I(S). Si la séquence S a un décalage P, la séquence I(S) a un décalage lié à P, pas nécessairement égal à P, noté I(P). La CIR a alors le même décalage que I(P).Consider for example a sequence S and the IDFT of this sequence I(S). If the sequence S has an offset P, the sequence I(S) has an offset related to P, not necessarily equal to P, denoted I(P). The CIR then has the same offset as I(P).

Les CIR obtenues pouvant être bruitées, il n’est pas toujours possible de différencier un coefficient du canal d’un coefficient de bruit, et donc de déterminer le décalage subit par une CIR. De plus, une CIR décalée peut être multipliée par un coefficient complexe constant (c’est le cas pour les séquences Zadoff-Chu).Since the obtained CIRs may be noisy, it is not always possible to differentiate a channel coefficient from a noise coefficient, and therefore to determine the shift undergone by a CIR. In addition, a shifted CIR can be multiplied by a constant complex coefficient (this is the case for Zadoff-Chu sequences).

Dans une réalisation particulière, le procédé comprend uneétape 302de calcul d’une Transformée de Fourrier Discrète (DFT) de la première CIR et de la deuxième CIR obtenues pour le canal, afin d’obtenir une première estimation et une deuxième estimation du canal en fréquence sur l’ensemble des sous-porteuses. On obtient ainsi un premier vecteur H₀correspondant à une estimation du canal à partir du premier symbole OFDM et un deuxième vecteur H₁correspondant à une estimation du canal à partir du deuxième symbole OFDM reçu.In a particular embodiment, the method comprises a step 302 of calculating a Discrete Fourier Transform (DFT) of the first CIR and the second CIR obtained for the channel, in order to obtain a first estimate and a second estimate of the channel in frequency on all the subcarriers. A first vector H ₀ corresponding to an estimate of the channel from the first OFDM symbol and a second vector H ₁ corresponding to an estimate of the channel from the second OFDM symbol received are thus obtained.

Al’étape 303, on réalise une égalisation du deuxième symbole OFDM reçu à partir du vecteur d’estimation H₀du canal obtenu à partir du premier symbole OFDM reçu et l’égalisation du premier symbole OFDM reçu à partir du vecteur d’estimation H₁du canal obtenu pour le deuxième symbole OFDM reçu.In step 303 , an equalization of the second OFDM symbol received is carried out from the estimation vector H ₀ of the channel obtained from the first OFDM symbol received and the equalization of the first OFDM symbol received from the estimation vector H ₁ of the channel obtained for the second OFDM symbol received.

Dans une réalisation particulière, l’égalisation est réalisée par la multiplication terme à terme par le conjugué complexe du vecteur obtenu.In a particular embodiment, the equalization is achieved by term-by-term multiplication by the complex conjugate of the obtained vector.

Selon un mode particulier de réalisation, un vecteur d’estimation H_iest déterminé pour chaque symbole OFDM S_ide la trame reçue, et utilisé pour égaliser l’ensemble des symboles OFDM composant la trame de données. On peut utiliser ces égalisations multiples comme entrée pour des algorithme de démodulation.According to a particular embodiment, an estimation vector H _i is determined for each OFDM symbol S _i of the received frame, and used to equalize all of the OFDM symbols composing the data frame. These multiple equalizations can be used as input for demodulation algorithms.

En prenant pour référence la séquence CCSK reçue dans le premier symbole et en considérant que cette séquence de référence a un décalage d’indice P₀par rapport à la séquence racine, et que la séquence reçue dans le deuxième symbole a un décalage d’indice P₁, on peut obtenir une information sur le décalage relatif entre la séquence du deuxième symbole et celle du premier symbole. En effet, en supposant que le canal évolue lentement dans le temps, les canaux subits par des symboles OFDM successifs sont fortement corrélés sur chaque sous-porteuse. En égalisant le deuxième symbole OFDM avec H₀et en calculant un maximum de corrélation via la démodulation CCSK, le pic de corrélation se situera à l’indice égal à P₁-P₀modulo N. Inversement, en égalisant le premier symbole zéro avec H₁, le maximum de corrélation se situera en P₀-P₁modulo NBy taking as a reference the CCSK sequence received in the first symbol and considering that this reference sequence has an index offset P ₀ relative to the root sequence, and that the sequence received in the second symbol has an index offset P ₁ , we can obtain information on the relative offset between the sequence of the second symbol and that of the first symbol. Indeed, assuming that the channel evolves slowly over time, the channels undergone by successive OFDM symbols are strongly correlated on each subcarrier. By equalizing the second OFDM symbol with H ₀ and calculating a correlation maximum via CCSK demodulation, the correlation peak will be located at the index equal to P ₁ -P ₀ modulo N. Conversely, by equalizing the first zero symbol with H ₁ , the correlation maximum will be located at P ₀ -P ₁ modulo N

Al’étape 304, on effectue une démodulation à partir des symboles égalisés et des décalages relatifs entre les séquences. La démodulation est réalisée par corrélation croisée avec la séquence racine.In step 304 , a demodulation is performed from the equalized symbols and the relative offsets between the sequences. The demodulation is performed by cross-correlation with the root sequence.

Les décalages relatifs entre chacune des séquences transmises dans la trame étant connus, il est possible d’effectuer une démodulation décalée en utilisant les données de contrôle d’intégrité de la trame pour déterminer le décalage à appliquer pour retrouver les mots binaires transmis. Pour cela, on peut démoduler les séquences CCSK reçues en considérant un décalage nul de la séquence prise pour référence. Les décalages relatifs étant connus, on obtient les mots binaires de la trame. On utilise alors le contrôle d’intégrité, par exemple un CRC, pour déterminer si la trame décodée est correcte. Si ce n’est pas le cas, c’est-à-dire si le contrôle d’intégrité échoue, on effectue une nouvelle tentative de démodulation après avoir appliqué un décalage aux séquences CCSK de la trame. On procède de la sorte jusqu’à ce que le contrôle d’intégrité montre une démodulation correcte.Since the relative offsets between each of the sequences transmitted in the frame are known, it is possible to perform a shifted demodulation using the integrity check data of the frame to determine the offset to be applied to find the transmitted binary words. To do this, the received CCSK sequences can be demodulated by considering a zero offset of the sequence taken as reference. Since the relative offsets are known, the binary words of the frame are obtained. The integrity check, for example a CRC, is then used to determine whether the decoded frame is correct. If this is not the case, i.e. if the integrity check fails, a new demodulation attempt is made after applying an offset to the CCSK sequences of the frame. This is done until the integrity check shows correct demodulation.

Selon un mode de réalisation particulier, une deuxième séquence est prise pour référence dans un symbole OFDM situé dans une région de la trame distincte de la région dans laquelle est sélectionnée la première séquence de référence. De manière préférentielle, la première séquence de référence est prise dans un symbole OFDM situé dans le premier tiers de la trame, et la deuxième séquence de référence est prise dans un symbole OFDM situé dans le dernier tiers de la trame. On veille en outre à sélectionner des séquences de référence présentant un même décalage à l’émission. On détermine alors une première CIR à partir de la première séquence et une deuxième CIR à partir de la deuxième séquence. Les décalages cycliques étant identique à l’émission pour les séquences sélectionnées, on obtient deux CIR équivalentes, au bruit près, et à l’évolution temporelle du canal près. Les symboles de la trame sont alors égalisés à partir de la première CIR et de la deuxième CIR. Ces deux égalisations peuvent alors être combinées, par exemple en faisant une moyenne pour chaque symbole, afin de mieux prendre en compte une évolution du canal dans le temps.According to a particular embodiment, a second sequence is taken as a reference in an OFDM symbol located in a region of the frame distinct from the region in which the first reference sequence is selected. Preferably, the first reference sequence is taken in an OFDM symbol located in the first third of the frame, and the second reference sequence is taken in an OFDM symbol located in the last third of the frame. Care is also taken to select reference sequences having the same offset on transmission. A first CIR is then determined from the first sequence and a second CIR from the second sequence. Since the cyclic offsets are identical on transmission for the selected sequences, two equivalent CIRs are obtained, apart from noise and the temporal evolution of the channel. The symbols of the frame are then equalized from the first CIR and the second CIR. These two equalizations can then be combined, for example by taking an average for each symbol, in order to better take into account an evolution of the channel over time.

Dans un mode particulier de réalisation, la passerelle 105 obtient une indication lui permettant de déterminer l’emplacement d’une ou plusieurs séquences CCSK à utiliser comme référence.In a particular embodiment, the gateway 105 obtains an indication enabling it to determine the location of one or more CCSK sequences to use as a reference.

Pour cela, selon une réalisation particulière, le procédé d’égalisation comprend une étape préalable de transmission vers l’équipement 102 émetteur d’un message comprenant une indication relative à un emplacement souhaité d’une ou plusieurs séquences de référence. Par exemple, la passerelle 105 transmet un message dans laquelle elle indique qu’une première séquence de référence doit être insérée dans le premier symbole OFDM d’une trame et qu’une deuxième séquence de référence doit être insérée dans le dernier symbole OFDM de la trame. A la réception d’un tel message, l’équipement 102 configure des moyens de communication de façon à insérer des séquences CCSK dont le décalage est identique aux emplacements indiqués lors de l’envoi d’une ou plusieurs trames. En pratique, lorsque la passerelle 105 demande que des séquences de référence soient insérées par exemple en deuxième position et en avant-dernière position d’une trame, l’équipement 102 peut recopier le deuxième symbole OFDM de la trame en avant dernière position de celle-ci. De cette façon, deux séquences de référence de décalage identique sont présentes aux emplacements indiqués. Alors que deux symboles pilotes dédiés auraient été nécessaire avec la technique de l’art antérieur, seul un symbole ne transportant pas de donnée utile est inséré avec le procédé d’égalisation proposé.For this, according to a particular embodiment, the equalization method comprises a prior step of transmitting to the transmitting equipment 102 a message comprising an indication relating to a desired location of one or more reference sequences. For example, the gateway 105 transmits a message in which it indicates that a first reference sequence must be inserted in the first OFDM symbol of a frame and that a second reference sequence must be inserted in the last OFDM symbol of the frame. Upon receipt of such a message, the equipment 102 configures communication means so as to insert CCSK sequences whose offset is identical to the locations indicated when sending one or more frames. In practice, when the gateway 105 requests that reference sequences be inserted for example in the second position and in the penultimate position of a frame, the equipment 102 can copy the second OFDM symbol of the frame in the penultimate position thereof. In this way, two reference sequences of identical offset are present at the indicated locations. While two dedicated pilot symbols would have been necessary with the prior art technique, only one symbol not carrying any useful data is inserted with the proposed equalization method.

D’autres techniques peuvent être envisagées pour que le récepteur obtienne l’emplacement des séquences de référence. Par exemple, l’émetteur peut transmettre dans un message de configuration préalable les emplacements auxquels ces séquences seront insérées. Selon un autre exemple, ces emplacements sont définis par un standard et préconfigurés dans le récepteur.Other techniques may be considered for the receiver to obtain the location of the reference sequences. For example, the transmitter may transmit in a pre-configuration message the locations at which these sequences will be inserted. In another example, these locations are defined by a standard and pre-configured in the receiver.

La illustre l’architecture d’un dispositif 400 adapté pour mettre en œuvre le procédé d’égalisation selon un mode particulier de réalisation de l’invention.There illustrates the architecture of a device 400 adapted to implement the equalization method according to a particular embodiment of the invention.

Le dispositif 400 comprend un module de traitement de données comprenant un espace de stockage 401, par exemple une mémoire (MEM), une unité de traitement 402, équipée par exemple d'un microprocesseur (PROC), et pilotée par un programme d'ordinateur (PGR) 403 dont les instructions sont configurées pour mettre en œuvre le procédé d’égalisation tel que décrit précédemment en relation avec la .The device 400 comprises a data processing module comprising a storage space 401, for example a memory (MEM), a processing unit 402, equipped for example with a microprocessor (PROC), and controlled by a computer program (PGR) 403 whose instructions are configured to implement the equalization method as described previously in relation to the .

A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur 403 sont par exemple chargées dans la mémoire 401 avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 402. Le microprocesseur de l'unité de traitement 402 met en œuvre, selon les instructions du programme d'ordinateur 403, les étapes du procédé d’égalisation d’un canal de transmission OFDM sur lequel est reçue une trame de données en provenance d’un émetteur, ladite trame comprenant une pluralité de mots binaires, un mot étant associé à une séquence de bribes particulière obtenue par décalage cyclique d’une séquence racine, et notamment les étapes de :

On initialization, the code instructions of the computer program 403 are for example loaded into the memory 401 before being executed by the processor of the processing unit 402. The microprocessor of the processing unit 402 implements, according to the instructions of the computer program 403, the steps of the method for equalizing an OFDM transmission channel on which a data frame from a transmitter is received, said frame comprising a plurality of binary words, a word being associated with a particular sequence of chips obtained by cyclic shifting of a root sequence, and in particular the steps of:

Pour cela, outre la mémoire 401 et le processeur 402, le dispositif comprend des moyens de communication 404, par exemple un transducteur OFDM adapté pour émettre et recevoir des signaux sur une pluralité de porteuses orthogonales. Les moyens de communication 402 sont par exemple configurés par des instructions de programme d’ordinateur pour permettre la réception d’au moins un premier et un deuxième symbole OFDM comprenant chacun au moins une séquence CCSK et transmis par un émetteur sur une pluralité de sous-porteuses.For this, in addition to the memory 401 and the processor 402, the device comprises communication means 404, for example an OFDM transducer adapted to transmit and receive signals on a plurality of orthogonal carriers. The communication means 402 are for example configured by computer program instructions to allow the reception of at least a first and a second OFDM symbol each comprising at least one CCSK sequence and transmitted by a transmitter on a plurality of subcarriers.

Le dispositif 400 comprend aussi un convertisseur série/parallèle (S/P) 405 adapté pour générer un vecteur de N bribes à partir d’un symbole OFDM reçu sur N sous-porteuses par les moyens de communication 404, les N bribes correspondant aux N éléments d’une séquence CCSK de N éléments codant pour un mot binaire.The device 400 also comprises a serial/parallel (S/P) converter 405 adapted to generate a vector of N chips from an OFDM symbol received on N subcarriers by the communication means 404, the N chips corresponding to the N elements of a CCSK sequence of N elements coding for a binary word.

Le dispositif 400 comprend également un module 406 de calcul d’une réponse impulsionnelle du canal de transmission (CIR) à partir d’une séquence CCSK obtenue par le convertisseur S/P à partir d’un symbole OFDM. Le module 406 est par exemple mis en œuvre par des instructions de programme d’ordinateur qui sont configurées pour calculer une Transformée de Fourrier Discrète inverse (IDFT) d’une séquence racine utilisée par l’émetteur pour moduler des mots binaires selon un codage CCSK et pour calculer une corrélation croisée entre la séquence CCSK reçue dans un symbole OFDM et d’IDFT calculée pour la séquence racine. Plus précisément, les instructions de programme sont configurées pour calculer une première CIR à partir d’un premier symbole OFDM reçu et une deuxième CIR à partir d’un deuxième symbole OFDM reçu.The device 400 also comprises a module 406 for calculating a transmission channel impulse response (CIR) from a CCSK sequence obtained by the S/P converter from an OFDM symbol. The module 406 is for example implemented by computer program instructions which are configured to calculate an inverse Discrete Fourier Transform (IDFT) of a root sequence used by the transmitter to modulate binary words according to a CCSK coding and to calculate a cross-correlation between the CCSK sequence received in an OFDM symbol and the IDFT calculated for the root sequence. More precisely, the program instructions are configured to calculate a first CIR from a first received OFDM symbol and a second CIR from a second received OFDM symbol.

Le dispositif 400 comprend aussi un estimateur de canal 407 configuré par des instructions de programme pour calculer une Transformée de Fourrier Discrète de la première CIR et de la deuxième CIR déterminées par le module 406 afin d’obtenir un premier vecteur d’estimation H0 et un deuxième vecteur d’estimation H1, comprenant chacun N coefficients.The device 400 also comprises a channel estimator 407 configured by program instructions to calculate a Discrete Fourier Transform of the first CIR and the second CIR determined by the module 406 in order to obtain a first estimation vector H0 and a second estimation vector H1, each comprising N coefficients.

Le dispositif comprend également un module d’égalisation 408 adapté pour réaliser au moins une première égalisation des symboles OFDM composant la trame reçue à partir du premier vecteur d’estimation H0 et une deuxième égalisation des symboles OFDM composant la trame reçue à partir du deuxième vecteur d’estimation H1. Pour cela, le module d’égalisation comprend des instructions de programme configurées pour multiplier terme à terme chaque symbole OFDM de la trame par le conjugué complexe du vecteur H0 et pour multiplier terme à terme chaque symbole OFDM de la trame par le conjugué complexe du vecteur H1.The device also comprises an equalization module 408 adapted to perform at least a first equalization of the OFDM symbols composing the frame received from the first estimation vector H0 and a second equalization of the OFDM symbols composing the frame received from the second estimation vector H1. For this, the equalization module comprises program instructions configured to multiply term by term each OFDM symbol of the frame by the complex conjugate of the vector H0 and to multiply term by term each OFDM symbol of the frame by the complex conjugate of the vector H1.

Selon une réalisation particulière, le module d’égalisation est en outre configuré pour déterminer un décalage relatif entre les séquences CCSK reçues à partir d’au moins une séquence de référence.According to a particular embodiment, the equalization module is further configured to determine a relative offset between the CCSK sequences received from at least one reference sequence.

Le dispositif comprend enfin un module 409 de démodulation CCSK. Le module 409 est par exemple mis en œuvre par des instructions de programme configurées pour réaliser une démodulation décalée à partir des décalages relatifs déterminés par le module d’égalisation 408.The device finally comprises a CCSK demodulation module 409. The module 409 is for example implemented by program instructions configured to perform a shifted demodulation from the relative shifts determined by the equalization module 408.

Dans une réalisation particulière, le dispositif est intégré dans un objet connecté tel qu’un capteur, un terminal de communication mobile, une passerelle ou encore une station de base.In a particular embodiment, the device is integrated into a connected object such as a sensor, a mobile communication terminal, a gateway or even a base station.

Claims

A method of equalizing an OFDM transmission channel on which a data frame is received from a transmitter, said frame comprising a plurality of binary words, a word being associated with a particular sequence of chips obtained by cyclic shifting of a root sequence, the method comprising the following steps:

Reception (300) of a first and at least one second OFDM symbol respectively carrying a first and a second sequence of chips of said frame,
Determination (301) of a first Impulse Response of the channel by calculating a correlation between the first OFDM symbol received and the IDFT of the root sequence, and of at least a second Impulse Response of the channel by calculating a correlation between the second OFDM symbol received and the IDFT of the root sequence,
Calculation (302) of a Discrete Fourier Transform of the first and second Impulse Responses to obtain respectively a first estimation vector of the channel H0 and a second estimation vector of the channel H1,
Equalization (303) of the second OFDM symbol from the first vector H0, and equalization of the first symbol from the second vector H1, and
Demodulation (304) of the frame from the equalized symbols.

The method of claim 1 wherein the equalization steps comprise a term-by-term multiplication of the OFDM symbol by the complex conjugate of the corresponding obtained vector.

Method according to any one of the preceding claims in which all the OFDM symbols of the frame are equalized from an estimation vector determined for a particular OFDM symbol comprising a CCSK sequence, called the reference sequence.

The method of claim 3 wherein the reference sequence is included in an OFDM symbol transmitted in a second third of the frame.

Method according to claim 3 in which a first reference sequence is selected in an OFDM symbol located in a first third of the frame and a second reference sequence is selected in an OFDM symbol of the last third of the frame, the first and second sequences being assigned the same offset on transmission.

Method according to claim 5, such that it further comprises a step of obtaining an indication relating to the location in the frame of the OFDM symbols respectively containing the first and second reference sequences.

Device for equalizing an OFDM transmission channel on which a data frame is received from a transmitter, said frame comprising a plurality of binary words, a word being associated with a particular sequence of chips obtained by cyclic shifting of a root sequence, the device comprising a radiofrequency receiver (404) and a processor (402) coupled to a memory (401) in which are recorded program instructions (403) adapted to implement the steps of an equalization method comprising the following steps:

Communication terminal comprising an equalization device according to claim 7.

Computer program comprising instructions adapted to the implementation of the steps of an equalization method according to any one of claims 1 to 6, when the program is executed by a processor.

Computer-readable information medium on which is recorded a computer program comprising instructions for executing the steps of an equalization method according to any one of claims 1 to 6.