WO2024084159A1 - Method for estimating at least one parameter from among a timing advance and a frequency offset between first and second communication devices - Google Patents
Method for estimating at least one parameter from among a timing advance and a frequency offset between first and second communication devices Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention generally relates to the field of telecommunications, and in particular wireless communications implemented by radio networks such as mobile telecommunications networks (e.g. 3G, 4G, 5G, etc.).
- radio networks such as mobile telecommunications networks (e.g. 3G, 4G, 5G, etc.).
- uplink synchronization refers to the process of synchronizing a terminal (e.g. a user terminal) with a base station (e.g. a gNB station).
- the objectives of uplink synchronization include detecting a preamble (e.g. a PRACH preamble) transmitted by the terminal, and then estimating the timing advance and carrier frequency offset between the terminal and the base station using the detected preamble.
- a preamble e.g. a PRACH preamble
- the time advance characterizes the time taken by the signal to propagate from the terminal to the base station.
- the time advance is estimated by the base station and retransmitted to the terminal for correction. Since 5G networks rely on Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) to multiplex users, timing advance correction helps integrate subsequent transmissions of the terminal in restricted time-frequency resources with those of other terminals.
- OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
- the carrier frequency offset is estimated and compensated within the base station.
- the carrier frequency shift is due to the difference between the frequencies of the terminal and base station oscillators, as well as the Doppler effect linked to the movement of the terminal.
- the time advance is estimated in the prior art by counting the number of samples between the start of the search window and the position of the peak largest correlation detected.
- the precision of the estimation of the time advance is therefore limited to a multiple of the sampling period.
- the influence of the carrier frequency offset is not taken into account in the estimation of the time advance. It follows that existing solutions have low precision in estimating the time advance, which leads to a degradation of communication performance, given that the signals transmitted by the different terminals are not fully orthogonal.
- Tao et al. estimates the carrier frequency offset without taking into account the time advance, despite the fact that these two parameters are intrinsically coupled in the received signals. These simplistic assumptions also limit the accuracy of Tao et al.'s method. Furthermore, the complexity of this method is not evaluated in Tao et al., although it is essential for real-time implementation in communication systems.
- the invention proposes a method for estimating at least one parameter among a time advance and a frequency offset between a first communication device and a second communication device, said method being implemented by the second device communication and comprising: an estimation of said at least one parameter from a subset of samples of a correlation signal, said correlation signal being based on a signal received from the first communication device and a reference signal , said subset comprising one or more disjoint groups of consecutive samples of the correlation signal, one of said groups comprising a sample of maximum amplitude of the si- correlation gnal, and said groups comprising the same predefined number of samples whose indices are a function of the index of said maximum amplitude sample.
- the invention provides a precise and low complexity solution for estimating a time advance and/or a carrier frequency offset between a first and a second communication device.
- the invention proposes to use only a subset of significant samples of the correlation signal to estimate the time advance and/or the frequency offset.
- the proposed solution significantly improves the precision of the estimation of the time advance TA and/or the carrier frequency offset CFO.
- the precision of existing solutions for estimating the time advance is limited to a multiple of the sampling period.
- the precision of the proposed solution is not limited to a multiple of the sampling period and allows a finer estimation of the time advance (i.e. it allows the estimation of a fractional time advance).
- the invention is particularly relevant in the context of uplink synchronization between a terminal and a base station within a mobile communications network.
- the method comprises obtaining the correlation signal from the received signal and the reference signal.
- the method comprises, for example: a multiplication of the received signal and a conjugate of a Fourier transform of the reference signal to obtain an intermediate signal; and applying an inverse Fourier transform to the intermediate signal to obtain the correlation signal.
- the reference signal is a Zadoff-Chu sequence.
- the reference signal can be a Zadoff-Chu sequence whose length is a prime number.
- the Zadoff-Chu sequences have a property of zero autocorrelation and constant amplitude, which is advantageous in terms of orthogonality between users (ie between the differences rents preambles) and power requirements. More precisely, the autocorrelation between a Zadoff-Chu sequence and a version of itself with a cyclic shift is zero, which allows different users to transmit respectively orthogonal preambles on the same time-frequency resources. Furthermore, the constant amplitude of the Zadoff-Chu sequence allows efficient amplification of the preamble at the transmitter.
- said at least one parameter comprises the time advance and the frequency offset, and the time advance and the frequency offset are obtained jointly during said estimation.
- This embodiment makes it possible to take into account the mutual influence between the time advance and the carrier frequency offset when estimating these parameters. In this way, this embodiment makes it possible to provide a precise estimate of these parameters.
- said at least one parameter is estimated from phases and amplitudes of the samples of said subset.
- the complex values (i.e. both the amplitudes and the phases) of the samples of the subset are used to estimate the time advance and/or the frequency offset.
- the aforementioned solution by Tao et al. only exploits the amplitudes of certain samples to estimate the carrier frequency offset, which results in a loss of information and an inaccurate estimation of this parameter.
- the predefined number of consecutive samples respectively included in said groups is equal to 3, 5, or 7.
- each of said groups comprises respectively 3, 5, or 7 adjacent samples. More particularly, the samples of each group are centered and uniformly distributed around one of the correlation peaks of the correlation signal.
- This embodiment makes it possible to exploit the multipath propagation components to estimate the time advance and/or the carrier frequency offset. This results in better precision in estimating these parameters for multipath channels.
- groups of 3 samples make it possible to take into account the multipath propagation components whose delays vary up to ⁇ one sampling period relative to the average delay. Additionally, groups of 5 samples can be used for delays of up to ⁇ twice the sampling period, and groups of 7 samples can be used for delays of up to ⁇ three times the sampling period. sampling. Note that the timing advance represents the average delay of the multipath propagation components.
- said subset of samples comprises three disjoint groups of consecutive samples of the correlation signal. More particularly, each of said groups comprises one of the three largest correlation peaks (with respect to amplitude).
- said groups respectively comprise a sample whose index verifies:
- l p designates the index of said maximum amplitude sample of the correlation signal
- ke TL designates the modulo -ZV operation with ZV the length of the reference signal
- ü is an integer such that 0 ⁇ ü ⁇ ZV.
- the parameter ü is the modular multiplicative inverse of u the root of the Zadoff-Chu sequence used as reference signal.
- each of said groups respectively comprises one of the correlation peaks of the correlation signal.
- the indices of the correlation peaks are obtained from the index of the largest correlation peak using a low complexity calculation.
- the index of the largest correlation peak is obtained during the preamble detection phase.
- said at least one parameter is estimated using a neural network taking said subset of samples as input and providing said at least one parameter as output.
- a neural network makes it possible to approximate (ie to interpolate) an optimal estimation function - in relation to an objective function or to a criterion given optimization - of the time advance and/or the carrier frequency offset.
- the neural network takes as input only the subset of samples of the correlation signal and therefore processes a small quantity of samples. Consequently, this embodiment makes it possible to use a neural network of low complexity and low latency which can advantageously be implemented in real time on the deployed communication systems.
- this embodiment provides a precise solution for estimating the time advance and/or the carrier frequency offset with an implementation of low complexity and low latency.
- the method further comprises a refinement, from said at least one estimated parameter, of an approximate time advance estimated using the index of said maximum amplitude sample.
- the method further comprises an equalization of signals received from the first communication device based on said at least one estimated parameter.
- the estimates obtained from the time advance and/or the frequency offset are used in this embodiment by the second communication device (e.g. a base station) to equalize the subsequent signals received from the first communication device.
- communication e.g. a terminal
- the proposed solution can be used to compensate for carrier frequency offset within a base station.
- the first and/or second communication devices comply with 4G and/or 5G standards.
- the signals received from the first communication device comply with 4G and/or 5G standards.
- the proposed solution applies to 4G and/or 5G networks, i.e. fourth generation and/or fifth generation technological standards for cellular networks.
- the first communication device may be a mobile terminal (e.g. a user terminal) and the second communication device may be a base station (e.g. an eNB station, or a gNB station).
- “4G” means the standard defined by at least one of the following versions of the Third Generation Partnership Project (3GPP): version 8, published in March 2009; version 9, published in March 2010; version 10, published in June 2011; the version 11, published in March 2013; version 12, released in March 2015; version 13, released in March 2016; and version 14, published in June 2017.
- “5G” means the standard defined by at least one of the following versions of 3GPP: version 15, published in June 2019; version 16, released in July 2020; and version 17, released in June 2022.
- the invention proposes a method for training an estimator of at least one parameter among a time advance and a frequency offset between a first communication device and a second communication device, said method comprising: obtaining at least one estimated parameter among a time advance and a frequency offset by providing said estimator with a subset of samples of a training correlation signal; an evaluation of an objective function from the subset of training samples and said at least one estimated parameter; and updating said estimator to optimize the objective function.
- estimator can be trained using gradient descent (respectively, gradient ascent) to minimize a cost function (respectively, maximize a gain function).
- the method proposed for training an estimator has the advantages described above in relation to the method proposed for estimating a time advance and/or a frequency offset.
- the subset of training samples comprises one or more disjoint groups of consecutive samples of the training correlation signal, one of said groups comprising a maximum amplitude sample of the training correlation signal, and said groups comprising the same predefined number of samples whose indices are a function of the index of said maximum amplitude sample.
- the proposed training method may comprise multiple iterations of said obtaining, evaluation and updating steps. Training iterations can be performed for subsets of distinct training samples respectively.
- said estimator is or comprises a neural network.
- the objective function is expressed by:
- c(l’) is the subset of training samples
- l’ designates the indices of the samples of c(l’)
- â and ê designate a time advance and a frequency offset estimated by said estimator from c(l’)
- f(l',â,ê) designates a function of ⁇ , â and ê.
- the function is representative of an analytical model expressing a subset of samples of a noise-free correlation signal.
- the objective function proposed here is a cost function representative of the distance (relative to
- the proposed solution uses an autoencoder, trained to minimize the difference between: an input signal (ie the correlation samples provided as input); and a reconstructed output signal (ie the model of the correlation samples without noise).
- the optimization of this objective function corresponds to the maximization of the likelihood function.
- the estimator is therefore trained to approximate (i.e. interpolate) the maximum likelihood estimator of the time advance and/or frequency offset. In other words, the estimated time lead and/or frequency shift are obtained such that the observed correlation samples are the most probable.
- this embodiment makes it possible to provide an estimator trained to output the optimal estimates - with respect to the maximum likelihood criterion - of the time advance and/or the carrier frequency offset.
- the proposed estimator (based on the maximum likelihood criterion) is the unbiased estimator with minimum variance, and that it is for this reason optimal in terms of precision. Indeed, as detailed below, it can be shown that the obtained estimates of the time advance and the carrier frequency offset are unbiased and achieve the lowest achievable variance (i.e. the Cramer-Rao bound).
- said subset of training samples c(Z’) is generated using simulations of a communication system comprising the first and second devices.
- said subset of training samples c(i') is generated by adding noise to samples expressed by the analytical model f(l',a,E), a and E designating a time advance and frequency offset.
- the estimator is trained using synthetic training data (ie generated by computer), generated by a simulator of the communication system, or using an analytical model to which noise is added.
- the estimator can be trained in the laboratory (ie by offline training) using synthetic training data before its deployment in a communication system.
- the estimator can be trained on data representative of various scenarios, for example different time advance and frequency offset values, different signal/noise ratios, or different propagation conditions.
- the invention proposes an estimator of at least one parameter among a time advance and a frequency offset between a first communication device and a second communication device, said estimator having been trained by a method in accordance with the invention.
- the estimator is further configured to estimate said at least one parameter from a subset of samples of a correlation signal, said correlation signal being based on a signal received from the first communication device and a signal reference.
- said estimator is or comprises a neural network which has been trained by a method according to the invention. Consequently, the invention extends to a computer-readable information medium on which a program is stored for implementing a neural network according to the invention. Said program comprises instructions which, when the program is executed by at least one processor or a computer, lead said at least one processor or computer to implement a method according to the invention. Furthermore, the invention also provides a computer-readable medium on which data representative of a neural network conforming to the invention are stored, such as hyperparameters and/or weights of the neural network.
- the invention proposes a communication device, called a first communication device, comprising at least one processor and a memory on which a program is stored for implementing a method comprising a transmission of a preamble generated from a reference signal.
- the invention proposes a communication device, called a second communication device, comprising at least one processor and a memory on which a program is stored for implementing a method according to the invention.
- the invention proposes a communication system comprising: a first communication device according to the invention; and a second communication device according to the invention.
- the invention proposes a computer program comprising instructions which, when the program is executed by at least one processor or a computer, lead said at least one processor or computer to implement a method in accordance with the invention.
- the computer programs referred to here can use any programming language and be in the form of a source code, an object code or an intermediate code between source code and object code, for example in partially compiled form, or in any other desirable form.
- the invention proposes a computer-readable information medium on which the computer program according to the invention is stored.
- the computer-readable medium referred to in this declaration may be any entity or device capable of storing the program and readable by any computer equipment comprising a computer.
- the medium may include a storage medium or a magnetic storage medium, such as a hard drive.
- the storage medium may correspond to a computer integrated circuit in which the program is incorporated and adapted to execute a method as described above or to be used in the execution of such a method.
- the estimator, the communication devices, the communication system, the program and the support proposed have the advantages described above in relation to the method proposed for estimating a time advance and/or a frequency shift.
- FIG. 1 illustrates a communication system according to embodiments of the invention.
- FIG. 2 illustrates steps of a method for estimating a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention.
- FIG. 3 illustrates an architecture of a communication device according to embodiments of the invention.
- FIG. 4 illustrates an architecture of a communication device according to embodiments of the invention.
- FIG. 5 illustrates steps of a method for estimating a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention.
- FIG. 6 illustrates an example of a correlation signal used by a method for estimating a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention.
- FIG. 7 illustrates a method for training an estimator of a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention.
- FIG. 8 illustrates an objective function used by a method of training an estimator of a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention.
- FIG. 9A and FIG. 9B illustrate the performance of a method for estimating a time advance and a frequency offset according to embodiments of the invention.
- FIG. 10 illustrates an example of hardware architecture of a communication system according to embodiments of the invention.
- FIG. 1 and FIG. 2 respectively illustrate a communication system and steps of a method for estimating a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention.
- these figures are described here to briefly introduce the context of the invention, the communication devices involved and the main stages of the proposed method.
- the invention is particularly relevant in the context of uplink synchronization between a terminal and a base station in a mobile communications network.
- the following description of the present invention will refer to this particular context, which is given only by way of illustrative example and should not limit the invention.
- a SYS communication system comprises, according to an embodiment illustrated in FIG. 1, a first TX communication device and a second RX communication device.
- the first TX communication device may be a mobile terminal such as a user terminal and the second RX communication device may be a base station.
- the first TX and second RX communication devices communicate with each other using a channel, for example a wireless channel.
- the communications between the first TX device and the second RX device are thus impacted by a time advance TA and a carrier frequency offset CFO.
- the time advance TA characterizes the time taken by the signal to propagate from the first communication device TX to the second communication device RX, while the carrier frequency shift CFO is due to the difference between the frequencies of the oscillators of the first TX and second RX communication devices, as well as the Doppler effect linked to the movement of one device relative to the other.
- the TA and CFO parameters must be estimated and compensated in order to obtain better communication performance, eg in terms of achievable data rates and reliability.
- the first TX communication device transmits a preamble (ie a synchronization signal known to both devices) which is used by the second RX communication device to estimate the TA and CFO parameters.
- the first TX communication device comprises a preamble generator PG configured to generate a preamble PR from a reference signal REF (known to both devices), said preamble PR being transmitted by the first TX communication device.
- the transmission of the PR preamble may involve, according to embodiments, different processing operations such as repetition, modulation, amplification, etc.
- the second RX communication device comprises, according to an embodiment illustrated in FIG. 1, at least one of the following elements: an XC correlator; a DET detector; and an EST estimator.
- the second RX communication device can be configured to implement at least one of steps S100 to S400.
- the second RX communication device is configured, according to one embodiment, to obtain, in step S100, a received signal RCD.
- Receiving the RCD signal may involve different processing operations such as amplification, filtering, demodulation, etc.
- the RCD signal is received from the first TX communication device, for example via a wireless channel.
- the received signal RCD may be representative of the transmitted preamble PR impacted by channel effects including noise, multipath propagation, attenuation, etc.
- the correlator XC is configured, according to one embodiment, to obtain, in step S200, a correlation signal COR from the received signal RCD and the reference signal REF.
- the correlation signal COR is representative of a cross-correlation between the transmitted preamble PR and the reference signal REF.
- the detector DET is configured, according to one embodiment, to detect, in step S300, the transmission of a preamble PR by the first communication device TX from the correlation signal COR.
- a first task of uplink synchronization is to detect the transmission of a preamble.
- the estimator EST is configured, according to one embodiment, to estimate, in step S400, the time advance TA and/or the carrier frequency offset CFO between the first TX and second RX communication devices at from the COR correlation signal. More precisely, the estimator EST carries out the estimation step S400 if, and only if, the preamble PR is detected in the received signal RCD during the step S300.
- FIG. 3 illustrates an architecture of a communication device according to embodiments of the invention. Precisely, FIG. 3 further details the architecture of the first TX communication device previously described with reference to FIG. 1 and the method for generating the preamble PR from a reference signal REF.
- the reference signal REF is a Zadoff-Chu sequence which can be expressed by:
- N is the length of the sequence
- u is the root of the Zadoff-Chu sequence
- (•) « designates the modulo-N operation
- C v v ⁇ N cs
- N cs is a cyclic shift and ve [0.63].
- the reference signal REF is a Zadoff-Chu sequence whose length N is a prime number.
- the generation of the preamble PR comprises at least one of the following steps: an application of a Fourier transform (e.g. a discrete Fourier transform DFT, or a fast Fourier transform FFT) to the reference signal REF; a frequency modulation (“sub-carrier frequency mapping” in English) of the signal obtained at the output of the Fourier transform; and an application of an inverse Fourier transform (e.g. an inverse discrete Fourier transform iDFT or an inverse fast Fourier transform iFFT) to the frequency modulated signal.
- a Fourier transform e.g. a discrete Fourier transform DFT, or a fast Fourier transform FFT
- a frequency modulation (“sub-carrier frequency mapping” in English
- an inverse Fourier transform e.g. an inverse discrete Fourier transform iDFT or an inverse fast Fourier transform iFFT
- preambles are generated from Zadoff-Chu sequences in different formats, e.g. different lengths, different frequency ranges, etc.
- the preamble PR generated by the first communication device TX is transmitted for example using the antenna TX_ANT of the first communication device TX.
- FIG. 4 and FIG. 5 respectively illustrate an architecture of a communication device and steps of a method for estimating a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention. Precisely, FIG. 4 further details the architecture of the second RX communication device and FIG. 5 details steps S100 to S400.
- the method proposed for estimating a time advance TA and/or a frequency offset CFO is implemented by the second communication device RX and comprises at least one of the steps S100 to S500 described below.
- the second RX communication device comprises: a radio unit RX_RU configured to obtain the received signal RCD; and a digital unit RX_DU configured to estimate the time advance TA and/or a frequency offset CFO using the received signal RCD.
- the second communication device RX is configured, according to embodiments, to perform at least one of the following steps SI 10 to S 140.
- the second RX communication device is configured, according to one embodiment, to acquire, in step S110, a radio signal r(t) using the RX_ANT antenna of the second communication device.
- the second RX communication device is configured, according to one embodiment, to delete, in step S120, a cyclic prefix and obtain a signal y nTs) sampled from the radio signal r(t).
- step S120 comprises the processing of the radio signal r(t) using a radio frequency head (called “radio-frequency front-end RF-FE” in English) of the second communication device to obtain the signal y(nTs ) sampled (i.e. discrete).
- step S120 may include decimation and filtering of the radio signal r(t), which is typically used for long format preambles in order to reduce the size of the FFT subsequently.
- the second RX communication device is configured, according to one embodiment, to apply, in step S130, a Fourier transform to the signal y(nTs) to obtain a signal Y(m).
- the second RX communication device is configured, according to one embodiment, to extract, in step S140, the received signal RCD from the signal Y m).
- step S140 consists of carrying out frequency demodulation (“frequency demapping”).
- step S140 may include a combination of sequence repetitions in the frequency domain.
- the correlator XC is configured, according to one embodiment, to carry out the following steps S210 to S230 to obtain the correlation signal COR. As shown in FIG. 4, the correlator XC takes as input the samples of the received signal RCD and the samples of the reference signal REF.
- the correlator XC is configured to apply, in step S210, a conjugated DFT (ie a DFT then a conjugation) to the samples of the reference signal REF. Therefore, the XC correlator obtains multiple coefficients a m * , which correspond to a complex conjugate representation in the frequency domain of the reference signal REF.
- a conjugated DFT ie a DFT then a conjugation
- the correlator an iDFT transform to the result of the multiplication to obtain the correlation signal COR (a digital signal comprising multiple samples).
- the correlator XC implements a filter adapted in the frequency domain. Consequently, the correlation signal COR obtained is therefore representative of a cross-correlation between the preamble PR transmitted by the first communication device TX and the reference signal REF.
- a COR correlation signal is shown in FIG. 6 and described below.
- the PET detector is configured, according to one embodiment, to detect, in step S300, the transmission of the preamble PR by the first communication device TX from the correlation signal COR.
- the DET detector can implement a detection decision criterion based on a power delay profile of the COR correlation signal. Specifically, the detector DET, according to this particular embodiment, detects the preamble PR if the quadratic amplitude of a sample of the correlation signal COR is greater than a predefined threshold. In the context of the invention, other implementations of the DET detector could be envisaged.
- the detector DET is configured to obtain and output the index LP of the main correlation peak CPK1 detected, i.e. the index of the maximum amplitude sample of the correlation signal COR.
- the detector DET is configured to obtain, in step S310, an approximate estimate of the time advance TA from the index LP of the main correlation peak CPK1 detected. Consequently, the precision of the approximate estimation of the time advance TA is limited to a multiple of the sampling period.
- the estimator EST is configured, according to one embodiment, to estimate, in step S400, the time advance TA and/or the carrier frequency offset CFO from the correlation signal COR.
- the estimator is configured to implement the following steps S410 and S420.
- the estimator EST is configured, according to this embodiment, to select, in step S410, a subset of samples SUB of the correlation signal COR. As detailed below, the EST estimator performs, in step S410, a feature extraction and selects the most significant samples of the correlation signal for the estimation.
- the estimator EST is configured to estimate the time advance TA and/or the frequency offset CFO from the subset of samples SUB.
- the EST estimator is configured to provide the subset of SUB samples as input to a ENC encoder, which outputs the estimate â of the time advance and/or the estimate ê of the frequency offset.
- FIG. 6 illustrates an example of a correlation signal used to estimate a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention. More precisely, FIG. 6 illustrates a graph of the quadratic amplitude
- Z e [O,ZV - 1] is the sample index
- N is the length of the reference signal REF
- ü is the modular multiplicative inverse of u the root of the reference signal REF
- ie üu KN + 1.
- the parameters a represent the time advance and the offset respectively standardized frequencies.
- RA size of the iDFT of the first TX communication device.
- h the channel complex gain
- N CP the length of the cyclic prefix
- the simplified model ê(Z) in Eq. 3 implies a sum of three terms, which correspond to the three largest CPK1-CPK3 correlation peaks in the COR correlation signal.
- the index LP (also designated by Z p ) of the main correlation peak CPK1 is obtained by the detector DET and is provided as input to the estimator EST.
- the implementation of the EST estimator relies on the analytical model and the simulation results above to precisely estimate the time advance TA a and/or the frequency offset CFO s.
- the selection, in step S410, of the subset of SUB samples used for the estimation is based on the above results.
- the subset of samples SUB of the correlation signal COR can be defined as follows with reference to FIG. 6.
- the subset of samples SUB comprises, according to one embodiment, three groups Gl, G2, G3 of samples of the correlation signal COR, each group comprising one of the correlation peaks CPK1, CPK2, CPK3.
- each of the groups G1-G3 of the SUB subset comprises samples around each CPK1-CPK3 correlation peak.
- each group G1-G3 respectively comprises multiple consecutive samples comprising one of the CPK1-CPK3 correlation peaks.
- the use of multiple samples around the CPK1-CPK3 correlation peaks makes it possible to accurately estimate the time advance TA for multipath channels, i.e. in the presence of multiple propagation paths with different normalized delays a’. Therefore, the number of samples in each group G1-G3 of the SUB subset can be set according to the channel delay spread between the first TX and second RX communication devices. It should be noted that the time advance a (respectively T) represents the average normalized delay (respectively the average delay) of the multiple propagation paths of the channel.
- each group G1-G3 ie a correlation peak and a sample on each side of it
- the selection of 3 samples in each group G1-G3 makes it possible to exploit the multipath propagation components whose delays a' range up to ⁇ one sampling period T s , ie - 1 ⁇ a' ⁇ 1.
- groups of 5 samples (as shown in FIG. 6) can be used for delays a' of up to at ⁇ twice the sampling period T s , ie
- the number of samples in each group G1-G3 of the subset SUB is fixed at 3, 5, or 7 samples according to embodiments.
- the number of samples in the SUB subset respectively is equal to 9 (i.e. 3 of groups of 3 samples), 15 (i.e. 3x5), and 21 (i.e. 3x7).
- the ENC encoder is, according to one embodiment, a neural network taking as input the subset of samples SUB and delivering an estimate â of the time advance TA and/or ê of the frequency offset CFO .
- the ENC neural network is fully connected and includes: an input layer of 42 neurons (i.e. 3 groups of 7 complex samples); three hidden layers of respectively 42, 22, and 8 neurons; and a 2-neuron output layer (i.e. estimates â and ê). Additionally, sigmoid-like activation functions can be used for the input and hidden layers, and linear activation functions can be used for the output layer. It is worth mentioning that the ENC neural network includes a limited number of neurons and therefore has low implementation complexity.
- the ENC encoder uses the complex values (ie the amplitudes and phases) of the samples of the subset SUB to jointly estimate the temporal advance TA and the offset of CFO frequency.
- the proposed solution makes it possible to precisely estimate these critical parameters while maintaining a low complexity implementation.
- the proposed solution can advantageously be implemented in real time on communication systems. Indeed, the proposed solution makes it possible to jointly estimate the time advance TA and the frequency offset CFO using a low complexity ENC neural network taking as input only a subset SUB of a few significant samples of the signal of COR correlation.
- the estimated time advance TA is, according to one embodiment, used, during a step S500, to refine or replace the approximate time advance estimated by the detector DET.
- the estimate â of the time advance TA is transmitted to the first communication device TX for correction. This allows subsequent transmissions of the first TX communication device to be integrated into restricted time-frequency resources with other communication devices.
- the CFO carrier frequency estimate may be provided to a higher layer for frequency offset compensation for subsequent received data.
- FIG. 7 and FIG. 8 respectively illustrate a method for training an estimator of a time advance and/or a frequency offset and an objective function used to train the estimator according to embodiments of the invention.
- FIG. 7 illustrates the training of the proposed ENC encoder, which estimates the time advance TA and/or the frequency offset CFO from the subset of samples SUB of the correlation signal COR.
- the ENC encoder can be a neural network.
- the following description of the proposed training method will refer to this particular embodiment, which is given only by way of illustrative example and should not limit the invention.
- the method for training the EST estimator comprises at least one of the following steps illustrated in FIG. 7.
- the method for training the estimator comprises, according to one embodiment, supplying at the input of the ENC encoder a subset of training samples TR_SUB of a correlation signal TR_COR. In this way, an estimated time advance TA â and/or an estimated CFO frequency offset ê are obtained at the output of the encoder ENC.
- the method for training the estimator comprises, according to one embodiment, an evaluation of an objective function LOS from the subset of training samples TR_SUB and estimates ⁇ 2 and/or ê obtained.
- the LOS objective function used for training is discussed in more detail below.
- the method for training the estimator comprises, according to one embodiment, an update of the ENC encoder to optimize the LOS objective function.
- updating the ENC encoder includes updating the weights of the ENC neural network to optimize the LOS objective function using a gradient backpropagation algorithm.
- the training method may comprise several iterations of the previous steps for distinct training subsets TR_SUB.
- the LOS objective function used for training, and more generally the proposed training method, are directly based on the analytical model of the COR correlation signal presented previously with reference to FIG. 3.
- the objective function LOS used for training is derived from the maximum likelihood estimator of the time advance TA and the carrier frequency offset CFO in the context of the simplified analytical model above. It is worth remembering that the goal of maximum likelihood estimation is to find the parameters that make the observed data most likely under the assumed model.
- a represent the normalized time advance and s represent the normalized frequency offset.
- the normalized estimated time advance and frequency offset obtained at the output of the ENC encoder are denoted â and ê.
- c(I’) the subset of training samples TR_SUB, V being the indices of the samples of the training subset c(Z’).
- Bold symbols are used for vectors.
- the maximum likelihood estimates â, ê are defined as the values which minimize the distance (with respect to the Euclidean norm
- Eq. 6 provides the maximum likelihood estimates â and ê.
- calculating the â and s estimates using this expression in communication systems is difficult. For example, an exhaustive grid search may be too complex to be implemented in real time.
- the training of the ENC neural network is based on the expression of Eq. 6 using the following LOS objective function:
- the LOS objective function to be optimized during training is a cost function to be minimized.
- optimizing this LOS objective function corresponds to maximizing the likelihood function.
- the graph in FIG. 8 provides an illustration of the LOS L objective function of Eq. 7 based on the estimates obtained â and ê.
- the objective function LOS L is a well-posed convex function with a single global minimum.
- the objective function LOS L can be evaluated using a decoder from the simplified analytical model. The decoder is configured to evaluate f(l',â,E) from the estimates â and ê using the expression of Eq. 5.
- the subset of training samples TR SUB can be generated by computer.
- the method for training the EST estimator may comprise a generation of at least a subset of training samples TR_SUB.
- multiple training subsets TR_SUB of correlation samples can be generated with different values of time advance a and frequency offset E, and signal-to-noise ratios (SNR, in English: “signal- to-noise ratio”), and then used for multiple training iterations.
- the generation of the subset of training samples TR_SUB c(I') includes an evaluation of the analytical model f(l', a,E) and an addition of noise to that -ci in order to obtain the subset of training samples TR_SUB c(I').
- the function f(l’, a, s) designates an analytical model expressing a correlation signal without noise.
- the ENC neural network was trained using an Adam optimizer and 5000 training subsets of simulation-generated samples.
- the training subsets of samples were generated with different values of a and E uniformly distributed in the range
- the proposed solution achieves, for a test correlation signal, a precision of 97% for the estimation of the time advance a and of 92% for the estimation of the frequency shift £
- FIG. 9A and FIG. 9B illustrate the performance of a method for estimating a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention.
- the graphs of FIGS. 9A and 9B show the relationship between the channel quality (x axis) and the precision of the estimated time advance TA and carrier frequency offset CFO (y axis).
- the graph in FIG. 9A illustrates the root mean square error (RMSE) of the estimated time advance TA â obtained with the proposed solution as a function of the SNR in dB.
- the graph in FIG. 9B illustrates the root mean square error of the estimated carrier frequency offset CFO ê obtained with the proposed solution as a function of the SNR in dB.
- the precision of existing solutions for estimating the time advance is limited to a multiple of the sampling period.
- the precision of the proposed solution is not limited to a multiple of the sampling period and allows a finer estimation of the time advance (i.e. it allows the estimation of a fractional time advance). It should be emphasized that, compared to the prior art, the proposed solution significantly improves the precision of the estimation for the time advance TA and the carrier frequency offset CFO.
- FIG. 10 illustrates an example of hardware architecture of a communication system according to embodiments of the invention.
- the first TX communication device presents, according to one embodiment, the hardware architecture of a computer. As shown in FIG. 10, the first TX communication device comprises at least one PROC_TX processor. Generally, the PROC_TX processor executes instructions to carry out the operations of the first TX communication device and any algorithms, methods, functions, processes, flows and procedures described in the present disclosure.
- the first TX communication device also comprises, according to one embodiment, COM_TX communication means which are used by the first TX communication device to communicate in particular with the second RX communication device.
- COM_TX communication means which are used by the first TX communication device to communicate in particular with the second RX communication device.
- No limitation is attached to the nature of the communication interfaces between the TX and RX communication devices, which can be wired or non-wired, and implement any protocol known to those skilled in the art (Ethernet, Wi-Fi® , Bluetooth®, 3G, 4G, 5G, 6G, etc.).
- the first TX communication device comprises a MEM_TX memory which constitutes a storage medium according to the invention.
- the memory MEM_TX can be read by the processor PROC_TX and stores a computer program PROG_TX in accordance with the invention, containing instructions for carrying out the steps implemented by the first communication device TX of a method in accordance with the invention.
- the second RX communication device presents, according to one embodiment, the hardware architecture of a computer. As shown in FIG. 10, the second RX communication device comprises at least one PROC_RX processor. Generally, the PROC_RX processor executes instructions to carry out the operations of the second RX communication device and any algorithms, methods, functions, processes, flows and procedures described in the present disclosure.
- the second RX communication device also comprises, according to one embodiment, COM_RX communication means which are used by the second RX communication device to communicate in particular with the first TX communication device.
- the second RX communication device comprises a MEM_RX memory which constitutes a storage medium according to the invention.
- the memory MEM_RX can be read by the processor PROC_RX and stores a computer program PROG_RX in accordance with the invention, containing instructions for carrying out the steps, implemented by the second communication device RX, of a method in accordance with the invention.
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Abstract
The present invention relates to a method for estimating at least one from among a timing advance (TA) and a frequency offset (CFO) between a first communication device (TX) and a second communication device (RX) on the basis of a subset (SUB) of samples of a correlation signal (COR), the correlation signal (COR) being based on a signal (RCD) received from the first communication device (TX) and a reference signal (REF). The present invention also relates to a method for training an estimator (EST), a neural network (ENC), a communication device (RX), a communication system (SYS), a computer program (PROG_RX) and a computer-readable medium (MEM_TX).
Description
Description Description
Titre de l'invention : Procédé d'estimation d'au moins un paramètre parmi une avance temporelle et un décalage de fréquence entre des premier et deuxième dispositifs de communication Title of the invention: Method for estimating at least one parameter among a time advance and a frequency offset between first and second communication devices
Domaine technique Technical area
[0001] La présente invention concerne de manière générale le domaine des télécommunications, et notamment les communications sans-fil mises en oeuvre par des réseaux radio tels que les réseaux de télécommunication mobile (e.g. 3G, 4G, 5G, etc.). The present invention generally relates to the field of telecommunications, and in particular wireless communications implemented by radio networks such as mobile telecommunications networks (e.g. 3G, 4G, 5G, etc.).
État de la technique antérieure State of the prior art
[0002] Dans le contexte des réseaux de télécommunications mobiles (e.g. les réseaux 5G), la synchronisation en liaison montante fait référence au processus de synchronisation d'un terminal (e.g. un terminal utilisateur) avec une station de base (e.g. une station gNB). Les objectifs de la synchronisation en liaison montante comprennent la détection d'un préambule (e.g. un préambule PRACH) transmis par le terminal, et ensuite l'estimation de l'avance temporelle et du décalage de fréquence porteuse entre le terminal et la station de base en utilisant le préambule détecté. [0002] In the context of mobile telecommunications networks (e.g. 5G networks), uplink synchronization refers to the process of synchronizing a terminal (e.g. a user terminal) with a base station (e.g. a gNB station). . The objectives of uplink synchronization include detecting a preamble (e.g. a PRACH preamble) transmitted by the terminal, and then estimating the timing advance and carrier frequency offset between the terminal and the base station using the detected preamble.
[0003] L'avance temporelle caractérise le temps mis par le signal pour se propager du terminal à la station de base. L'avance temporelle est estimée par la station de base et retransmise au terminal pour correction. Étant donné que les réseaux 5G s'appuient sur un accès multiple par répartition en fréquences orthogonales (OFDMA, « orthogonal frequency division multiple access » en anglais) pour multiplexer les utilisateurs, la correction d'avance temporelle permet d'intégrer les transmissions ultérieures du terminal dans des ressources temps-fréquence restreintes avec celles d'autres terminaux. En revanche, le décalage de fréquence porteuse est estimé et compensé au sein de la station de base. Le décalage de fréquence porteuse est dû à la différence entre les fréquences des oscillateurs du terminal et de la station de base, ainsi qu'à l'effet Doppler lié au déplacement du terminal. [0003] The time advance characterizes the time taken by the signal to propagate from the terminal to the base station. The time advance is estimated by the base station and retransmitted to the terminal for correction. Since 5G networks rely on Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) to multiplex users, timing advance correction helps integrate subsequent transmissions of the terminal in restricted time-frequency resources with those of other terminals. In contrast, the carrier frequency offset is estimated and compensated within the base station. The carrier frequency shift is due to the difference between the frequencies of the terminal and base station oscillators, as well as the Doppler effect linked to the movement of the terminal.
[0004] Il convient de souligner qu'une correction appropriée de l'avance temporelle et du décalage de fréquence porteuse est cruciale pour les performances de communication, et par conséquent, une estimation précise de ces paramètres critiques est un objectif clé dans le développement des réseaux de télécommunications mobiles. Cependant, les solutions existantes d'estimation de l'avance temporelle et du décalage de fréquence porteuse ne sont pas pleinement satisfaisantes pour les raisons suivantes. [0004] It should be emphasized that appropriate correction of time advance and carrier frequency offset is crucial for communication performance, and therefore, accurate estimation of these critical parameters is a key objective in the development of mobile telecommunications networks. However, existing solutions for estimating time advance and carrier frequency offset are not fully satisfactory for the following reasons.
[0005] Suite à la détection du préambule, l'avance temporelle est estimée dans l'art antérieur en comptant le nombre d'échantillons entre le début de la fenêtre de recherche et la position du pic
de corrélation le plus important détecté. La précision de l'estimation de l'avance temporelle est donc limitée à un multiple de la période d'échantillonnage. De plus, dans l'art antérieur, l'influence du décalage de fréquence porteuse n'est pas prise en compte dans l'estimation de l'avance temporelle. Il s'ensuit que les solutions existantes présentent une faible précision d'estimation de l'avance temporelle, ce qui entraîne une dégradation des performances de communication, étant donné que les signaux transmis par les différents terminaux ne sont pas pleinement orthogonaux. [0005] Following detection of the preamble, the time advance is estimated in the prior art by counting the number of samples between the start of the search window and the position of the peak largest correlation detected. The precision of the estimation of the time advance is therefore limited to a multiple of the sampling period. Furthermore, in the prior art, the influence of the carrier frequency offset is not taken into account in the estimation of the time advance. It follows that existing solutions have low precision in estimating the time advance, which leads to a degradation of communication performance, given that the signals transmitted by the different terminals are not fully orthogonal.
[0006] De même, les méthodes existantes pour estimer le décalage de fréquence porteuse sur la base d'un préambule détecté démontrent des performances limitées en précision. Par exemple, dans le contexte de la synchronisation en liaison montante pour les réseaux 5G, les séquences de Zadoff-Chu sont utilisées comme préambule. Dans ce contexte, Tao et al. (« Enhanced Carrier Frequency Offset Estimation Based on Zadoff-Chu Sequences », IEEE Communications Letters, octobre 2019) propose un procédé d'estimation du décalage de fréquence porteuse en utilisant les amplitudes de certains pics de corrélation. Cependant, la méthode proposée par Tao et al., i.e. en utilisant uniquement les amplitudes de pics de corrélation et en ignorant les phases, entraîne une perte d'informations et limite la précision d'estimation. De plus, la méthode de Tao et al. estime le décalage de fréquence porteuse sans tenir compte de l'avance temporelle, malgré le fait que ces deux paramètres soient intrinsèquement couplés dans les signaux reçus. Ces hypothèses simplistes limitent également la précision de la méthode de Tao et al. Par ailleurs, la complexité de cette méthode n'est pas évaluée dans Tao et al., bien que cela soit essentiel pour une mise en oeuvre en temps réel dans les systèmes de communication. [0006] Likewise, existing methods for estimating the carrier frequency offset on the basis of a detected preamble demonstrate limited performance in terms of precision. For example, in the context of uplink synchronization for 5G networks, Zadoff-Chu sequences are used as a preamble. In this context, Tao et al. (“Enhanced Carrier Frequency Offset Estimation Based on Zadoff-Chu Sequences”, IEEE Communications Letters, October 2019) proposes a method for estimating the carrier frequency offset using the amplitudes of certain correlation peaks. However, the method proposed by Tao et al., i.e. using only the amplitudes of correlation peaks and ignoring the phases, results in a loss of information and limits the estimation precision. Furthermore, the method of Tao et al. estimates the carrier frequency offset without taking into account the time advance, despite the fact that these two parameters are intrinsically coupled in the received signals. These simplistic assumptions also limit the accuracy of Tao et al.'s method. Furthermore, the complexity of this method is not evaluated in Tao et al., although it is essential for real-time implementation in communication systems.
[0007] Il existe donc un besoin pour une solution précise et de faible complexité permettant d'estimer une avance temporelle et/ou un décalage de fréquence porteuse entre un émetteur et un récepteur, par exemple pour la synchronisation en liaison montante entre un terminal et une station de base au sein d'un réseau de communication mobile. [0007] There is therefore a need for a precise and low complexity solution making it possible to estimate a time advance and/or a carrier frequency offset between a transmitter and a receiver, for example for uplink synchronization between a terminal and a base station within a mobile communications network.
Exposé de l'invention Presentation of the invention
[0008] L'invention propose un procédé d'estimation d'au moins un paramètre parmi une avance temporelle et un décalage de fréquence entre un premier dispositif de communication et un deuxième dispositif de communication, ledit procédé étant mis en oeuvre par le deuxième dispositif de communication et comprenant : une estimation dudit au moins un paramètre à partir d'un sous-ensemble d'échantillons d'un signal de corrélation, ledit signal de corrélation étant basé sur un signal reçu du premier dispositif de communication et un signal de référence, ledit sous-ensemble comprenant un ou plusieurs groupes disjoints d'échantillons consécutifs du signal de corrélation, un desdits groupes comprenant un échantillon d'amplitude maximale du si-
gnal de corrélation, et lesdits groupes comprenant un même nombre prédéfini d'échantillons dont les indices sont fonction de l'indice dudit échantillon d'amplitude maximale. [0008] The invention proposes a method for estimating at least one parameter among a time advance and a frequency offset between a first communication device and a second communication device, said method being implemented by the second device communication and comprising: an estimation of said at least one parameter from a subset of samples of a correlation signal, said correlation signal being based on a signal received from the first communication device and a reference signal , said subset comprising one or more disjoint groups of consecutive samples of the correlation signal, one of said groups comprising a sample of maximum amplitude of the si- correlation gnal, and said groups comprising the same predefined number of samples whose indices are a function of the index of said maximum amplitude sample.
[0009] L'invention fournit une solution précise et de faible complexité pour estimer une avance temporelle et/ou un décalage de fréquence porteuse entre un premier et un deuxième dispositif de communication. [0009] The invention provides a precise and low complexity solution for estimating a time advance and/or a carrier frequency offset between a first and a second communication device.
[0010] À cet effet, l'invention propose d'utiliser uniquement un sous-ensemble d'échantillons significatifs du signal de corrélation pour estimer l'avance temporelle et/ou le décalage de fréquence. Selon un mode de réalisation, il est proposé d'utiliser un sous-ensemble d'échantillons comprenant des groupes d'échantillons adjacents (i.e. consécutifs) autour des pics de corrélation du signal de corrélation. En effet, ces échantillons concentrent la plus grande partie de l'énergie du signal de corrélation (comme détaillé plus loin), et donc la plus grande partie des informations. Pour cette raison, les échantillons du sous-ensemble proposé sont les plus pertinents pour estimer l'avance temporelle et/ou le décalage de fréquence [0010] To this end, the invention proposes to use only a subset of significant samples of the correlation signal to estimate the time advance and/or the frequency offset. According to one embodiment, it is proposed to use a subset of samples comprising groups of adjacent samples (i.e. consecutive) around the correlation peaks of the correlation signal. Indeed, these samples concentrate most of the energy of the correlation signal (as detailed below), and therefore most of the information. For this reason, the samples from the proposed subset are the most relevant for estimating the time advance and/or frequency shift
[0011] Par conséquent, la solution proposée, en utilisant uniquement les échantillons les plus significatifs du signal de corrélation, permet d'estimer avec précision l'avance temporelle et/ou le décalage de fréquence tout en fournissant une mise en oeuvre de faible complexité. [0011] Consequently, the proposed solution, by using only the most significant samples of the correlation signal, makes it possible to precisely estimate the time advance and/or the frequency shift while providing a low complexity implementation. .
[0012] Il convient de souligner que, par rapport aux solutions de l'art antérieur, la solution proposée améliore de manière significative la précision de l'estimation de l'avance temporelle TA et/ou du décalage de fréquence porteuse CFO. En particulier, comme discuté précédemment, la précision des solutions existantes pour l'estimation de l'avance temporelle est limitée à un multiple de la période d'échantillonnage. En revanche, la précision de la solution proposée n'est pas limitée à un multiple de la période d'échantillonnage et permet une estimation plus fine de l'avance temporelle (i.e. elle permet l'estimation d'une avance temporelle fractionnaire). [0012] It should be emphasized that, compared to the solutions of the prior art, the proposed solution significantly improves the precision of the estimation of the time advance TA and/or the carrier frequency offset CFO. In particular, as discussed previously, the precision of existing solutions for estimating the time advance is limited to a multiple of the sampling period. On the other hand, the precision of the proposed solution is not limited to a multiple of the sampling period and allows a finer estimation of the time advance (i.e. it allows the estimation of a fractional time advance).
[0013] Il est à noter que l'invention est particulièrement pertinente dans le contexte de la synchronisation en liaison montante entre un terminal et une station de base au sein d'un réseau de communication mobile. [0013] It should be noted that the invention is particularly relevant in the context of uplink synchronization between a terminal and a base station within a mobile communications network.
[0014] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une obtention du signal de corrélation à partir du signal reçu et du signal de référence. À cette fin, le procédé comprend par exemple : une multiplication du signal reçu et d'un conjugué d'une transformée de Fourier du signal de référence pour obtenir un signal intermédiaire ; et une application d'une transformée de Fourier inverse au signal intermédiaire pour obtenir le signal de corrélation. According to one embodiment, the method comprises obtaining the correlation signal from the received signal and the reference signal. To this end, the method comprises, for example: a multiplication of the received signal and a conjugate of a Fourier transform of the reference signal to obtain an intermediate signal; and applying an inverse Fourier transform to the intermediate signal to obtain the correlation signal.
[0015] Selon un mode de réalisation, le signal de référence est une séquence de Zadoff-Chu. Précisément, le signal de référence peut être une séquence de Zadoff-Chu dont la longueur est un nombre premier. According to one embodiment, the reference signal is a Zadoff-Chu sequence. Precisely, the reference signal can be a Zadoff-Chu sequence whose length is a prime number.
[0016] Les séquences de Zadoff-Chu présentent une propriété d'autocorrélation nulle et d'amplitude constante, qui est avantageuse en termes d'orthogonalité entre les utilisateurs (i.e. entre les diffé-
rents préambules) et d'exigences de puissance. Plus précisément, l'autocorrélation entre une séquence de Zadoff-Chu et une version d'elle-même avec un décalage cyclique est nulle, ce qui permet à différents utilisateurs de transmettre des préambules respectivement orthogonaux sur les mêmes ressources temps-fréquence. Par ailleurs, l'amplitude constante de la séquence de Za- doff-Chu permet une amplification efficace du préambule au niveau de l'émetteur. [0016] The Zadoff-Chu sequences have a property of zero autocorrelation and constant amplitude, which is advantageous in terms of orthogonality between users (ie between the differences rents preambles) and power requirements. More precisely, the autocorrelation between a Zadoff-Chu sequence and a version of itself with a cyclic shift is zero, which allows different users to transmit respectively orthogonal preambles on the same time-frequency resources. Furthermore, the constant amplitude of the Zadoff-Chu sequence allows efficient amplification of the preamble at the transmitter.
[0017] Selon un mode de réalisation, ledit au moins un paramètre comprend l'avance temporelle et le décalage de fréquence, et l'avance temporelle et le décalage de fréquence sont obtenus conjointement lors de ladite estimation. [0017] According to one embodiment, said at least one parameter comprises the time advance and the frequency offset, and the time advance and the frequency offset are obtained jointly during said estimation.
[0018] Ce mode de réalisation permet de prendre en compte l'influence mutuelle entre l'avance temporelle et le décalage de fréquence porteuse lors de l'estimation de ces paramètres. De la sorte, ce mode de réalisation permet de fournir une estimation précise de ces paramètres. [0018] This embodiment makes it possible to take into account the mutual influence between the time advance and the carrier frequency offset when estimating these parameters. In this way, this embodiment makes it possible to provide a precise estimate of these parameters.
[0019] En effet, comme indiqué ci-dessus, les solutions existantes estiment soit l'avance temporelle soit le décalage de fréquence, de manière indépendante. Cependant, au niveau du récepteur, ces deux paramètres sont intrinsèquement liés dans le signal de corrélation utilisé pour l'estimation. En d'autres termes, le décalage de fréquence porteuse a un impact sur l'estimation de l'avance temporelle et vice versa. En revanche, l'estimation conjointe de l'avance temporelle et du décalage de fréquence, telle que proposée ici, permet de prendre en compte l'influence mutuelle de ces paramètres et d'améliorer la précision de l'estimation. [0019] Indeed, as indicated above, existing solutions estimate either the time advance or the frequency offset, independently. However, at the receiver, these two parameters are intrinsically linked in the correlation signal used for estimation. In other words, the carrier frequency offset has an impact on the time advance estimation and vice versa. On the other hand, the joint estimation of the time advance and the frequency offset, as proposed here, makes it possible to take into account the mutual influence of these parameters and to improve the precision of the estimation.
[0020] Selon un mode de réalisation, ledit au moins un paramètre est estimé à partir de phases et d'amplitudes des échantillons dudit sous-ensemble. According to one embodiment, said at least one parameter is estimated from phases and amplitudes of the samples of said subset.
[0021] Selon ce mode de réalisation, les valeurs complexes (i.e. à la fois les amplitudes et les phases) des échantillons du sous-ensemble sont utilisées pour estimer l'avance temporelle et/ou le décalage de fréquence. En revanche, la solution susmentionnée de Tao et al. n'exploite que les amplitudes de certains échantillons pour estimer le décalage de fréquence porteuse, ce qui entraîne une perte d'informations et une estimation inexacte de ce paramètre. According to this embodiment, the complex values (i.e. both the amplitudes and the phases) of the samples of the subset are used to estimate the time advance and/or the frequency offset. In contrast, the aforementioned solution by Tao et al. only exploits the amplitudes of certain samples to estimate the carrier frequency offset, which results in a loss of information and an inaccurate estimation of this parameter.
[0022] Par rapport aux solutions existantes, l'utilisation à la fois des amplitudes et des phases d'échantillons de corrélation est avantageuse car elle n'entraîne aucune perte d'informations et contribue à fournir des estimations précises de l'avance temporelle et/ou du décalage de fréquence porteuse. [0022] Compared to existing solutions, the use of both the amplitudes and the phases of correlation samples is advantageous because it does not result in any loss of information and contributes to providing precise estimates of the temporal advance and /or carrier frequency offset.
[0023] Selon un mode de réalisation, le nombre prédéfini d'échantillons consécutifs respectivement compris dans lesdits groupes est égal à 3, 5, ou 7. According to one embodiment, the predefined number of consecutive samples respectively included in said groups is equal to 3, 5, or 7.
[0024] En d'autres termes, selon ce mode de réalisation, chacun desdits groupes comprend respectivement 3, 5, ou 7 échantillons adjacents. Plus particulièrement, les échantillons de chaque groupe sont centrés et uniformément répartis autour d'un des pics de corrélation du signal de corrélation.
[0025] Ce mode de réalisation permet d'exploiter les composantes de propagation par trajets multiples pour estimer l'avance temporelle et/ou le décalage de fréquence porteuse. Il en résulte une meilleure précision de l'estimation de ces paramètres pour les canaux à trajets multiples. In other words, according to this embodiment, each of said groups comprises respectively 3, 5, or 7 adjacent samples. More particularly, the samples of each group are centered and uniformly distributed around one of the correlation peaks of the correlation signal. This embodiment makes it possible to exploit the multipath propagation components to estimate the time advance and/or the carrier frequency offset. This results in better precision in estimating these parameters for multipath channels.
[0026] Précisément, l'utilisation de groupes de 3 échantillons permet de prendre en compte les composantes de propagation par trajets multiples dont les retards varient jusqu'à ± une période d'échantillonnage par rapport au retard moyen. De plus, des groupes de 5 échantillons peuvent être utilisés pour des retards allant jusqu'à ± deux fois la période d'échantillonnage, et des groupes de 7 échantillons peuvent être utilisés pour des retards allant jusqu'à ± trois fois la période d'échantillonnage. Il convient de noter que l'avance temporelle représente le retard moyen des composantes de propagation par trajets multiples. [0026] Specifically, the use of groups of 3 samples makes it possible to take into account the multipath propagation components whose delays vary up to ± one sampling period relative to the average delay. Additionally, groups of 5 samples can be used for delays of up to ± twice the sampling period, and groups of 7 samples can be used for delays of up to ± three times the sampling period. sampling. Note that the timing advance represents the average delay of the multipath propagation components.
[0027] Selon un mode de réalisation, ledit sous-ensemble d'échantillons comprend trois groupes disjoints d'échantillons consécutifs du signal de corrélation. Plus particulièrement, chacun desdits groupes comprend un des trois pics de corrélation les plus grands (en ce qui concerne l'amplitude). According to one embodiment, said subset of samples comprises three disjoint groups of consecutive samples of the correlation signal. More particularly, each of said groups comprises one of the three largest correlation peaks (with respect to amplitude).
[0028] En effet, les simulations numériques ont montré que la majeure partie de l'énergie (> 85 %) du signal de corrélation est concentrée sur les trois pics de corrélation les plus grands. Ce mode de réalisation fournit donc les échantillons les plus significatifs pour estimer l'avance temporelle et/ou le décalage de fréquence et, par conséquent, permet une estimation précise et de faible complexité de ces paramètres. [0028] Indeed, digital simulations have shown that most of the energy (> 85%) of the correlation signal is concentrated on the three largest correlation peaks. This embodiment therefore provides the most significant samples for estimating the time advance and/or frequency offset and, consequently, allows precise and low complexity estimation of these parameters.
[0029] Selon un mode de réalisation, lesdits groupes comprennent respectivement un échantillon dont l'indice vérifie : According to one embodiment, said groups respectively comprise a sample whose index verifies:
Z = (zp + kü)N , Z = (z p + kü) N ,
[0030] où : lp désigne l'indice dudit échantillon d'amplitude maximale du signal de corrélation ; k e TL ; (•)« désigne l'opération modulo -ZV avec ZV la longueur du signal de référence ; et ü est un entier tel que 0 < ü < ZV. En particulier, le paramètre ü est l'inverse multiplicatif modulaire de u la racine de la séquence de Zadoff-Chu utilisée comme signal de référence. [0030] where: l p designates the index of said maximum amplitude sample of the correlation signal; ke TL; (•)“ designates the modulo -ZV operation with ZV the length of the reference signal; and ü is an integer such that 0 < ü < ZV. In particular, the parameter ü is the modular multiplicative inverse of u the root of the Zadoff-Chu sequence used as reference signal.
[0031] Selon ce mode de réalisation, chacun desdits groupes comporte respectivement un des pics de corrélation du signal de corrélation. Selon ce mode de réalisation, les indices des pics de corrélation sont obtenus à partir de l'indice du plus grand pic de corrélation en utilisant un calcul de faible complexité. Typiquement, l'indice du plus grand pic de corrélation est obtenu pendant la phase de détection de préambule. According to this embodiment, each of said groups respectively comprises one of the correlation peaks of the correlation signal. According to this embodiment, the indices of the correlation peaks are obtained from the index of the largest correlation peak using a low complexity calculation. Typically, the index of the largest correlation peak is obtained during the preamble detection phase.
[0032] Selon un mode de réalisation, ledit au moins un paramètre est estimé en utilisant un réseau de neurones prenant en entrée ledit sous-ensemble d'échantillons et fournissant en sortie ledit au moins un paramètre. According to one embodiment, said at least one parameter is estimated using a neural network taking said subset of samples as input and providing said at least one parameter as output.
[0033] Premièrement, l'utilisation d'un réseau de neurones permet d'approximer (i.e. d'interpoler) une fonction d'estimation optimale - par rapport à une fonction objectif ou à un critère
d'optimisation donné - de l'avance temporelle et/ou du décalage de fréquence porteuse. Comme détaillé plus loin, il est en particulier proposé d'utiliser un réseau de neurones basé sur un modèle analytique du signal de corrélation. [0033] Firstly, the use of a neural network makes it possible to approximate (ie to interpolate) an optimal estimation function - in relation to an objective function or to a criterion given optimization - of the time advance and/or the carrier frequency offset. As detailed below, it is in particular proposed to use a neural network based on an analytical model of the correlation signal.
[0034] Deuxièmement, le réseau de neurones prend en entrée uniquement le sous-ensemble d'échantillons du signal de corrélation et traite donc une faible quantité d'échantillons. En conséquence, ce mode de réalisation permet d'utiliser un réseau de neurones de faible complexité et de faible latence qui peut être avantageusement mis en oeuvre en temps réel sur les systèmes de communication déployés. [0034] Secondly, the neural network takes as input only the subset of samples of the correlation signal and therefore processes a small quantity of samples. Consequently, this embodiment makes it possible to use a neural network of low complexity and low latency which can advantageously be implemented in real time on the deployed communication systems.
[0035] Pour ces raisons, ce mode de réalisation fournit une solution précise pour estimer l'avance temporelle et/ou le décalage de fréquence porteuse avec une mise en oeuvre de faible complexité et de faible latence. [0035] For these reasons, this embodiment provides a precise solution for estimating the time advance and/or the carrier frequency offset with an implementation of low complexity and low latency.
[0036] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre un affinement, à partir dudit au moins un paramètre estimé, d'une avance temporelle approximative estimée en utilisant l'indice dudit échantillon d'amplitude maximale. According to one embodiment, the method further comprises a refinement, from said at least one estimated parameter, of an approximate time advance estimated using the index of said maximum amplitude sample.
[0037] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une égalisation de signaux reçus du premier dispositif de communication à partir dudit au moins un paramètre estimé. [0037] According to one embodiment, the method further comprises an equalization of signals received from the first communication device based on said at least one estimated parameter.
[0038] Les estimations obtenues de l'avance temporelle et/ou du décalage de fréquence sont utilisées dans ce mode de réalisation par le deuxième dispositif de communication (e.g. une station de base) pour égaliser les signaux ultérieurs reçus à partir du premier dispositif de communication (e.g. un terminal). Par exemple, la solution proposée peut être utilisée pour compenser le décalage de fréquence porteuse au sein d'une station de base. The estimates obtained from the time advance and/or the frequency offset are used in this embodiment by the second communication device (e.g. a base station) to equalize the subsequent signals received from the first communication device. communication (e.g. a terminal). For example, the proposed solution can be used to compensate for carrier frequency offset within a base station.
[0039] Les estimations précises de l'avance temporelle et/ou du décalage de fréquence porteuse fournies par la solution proposée permettent d'améliorer l'égalisation des signaux reçus. Il en résulte une amélioration des performances de communication (e.g. moins d'erreurs de démodulation, des taux de transmission atteignables plus élevés). [0039] The precise estimates of the time advance and/or the carrier frequency offset provided by the proposed solution make it possible to improve the equalization of the received signals. This results in improved communication performance (e.g. fewer demodulation errors, higher achievable transmission rates).
[0040] Selon un mode de réalisation, les premier et/ou deuxième dispositifs de communication sont conformes aux normes 4G et/ou 5G. De même, selon un mode de réalisation, les signaux reçus du premier dispositif de communication sont conformes aux normes 4G et/ou 5G. According to one embodiment, the first and/or second communication devices comply with 4G and/or 5G standards. Likewise, according to one embodiment, the signals received from the first communication device comply with 4G and/or 5G standards.
[0041] Selon ces modes de réalisation, la solution proposée s'applique aux réseaux 4G et/ou 5G, i.e. aux normes technologiques de quatrième génération et/ou de cinquième génération pour les réseaux cellulaires. Par exemple, le premier dispositif de communication peut être un terminal mobile (e.g. un terminal utilisateur) et le deuxième dispositif de communication peut être une station de base (e.g. une station eNB, ou une station gNB). According to these embodiments, the proposed solution applies to 4G and/or 5G networks, i.e. fourth generation and/or fifth generation technological standards for cellular networks. For example, the first communication device may be a mobile terminal (e.g. a user terminal) and the second communication device may be a base station (e.g. an eNB station, or a gNB station).
[0042] Dans la présente divulgation, il est entendu par « 4G » la norme définie par au moins l'une des versions suivantes du Third Generation Partnership Project (3GPP) : la version 8, publiée en mars 2009 ; la version 9, publiée en mars 2010 ; la version 10, publiée en juin 2011 ; la version
11, publiée en mars 2013 ; la version 12, publiée en mars 2015 ; la version 13, publiée en mars 2016 ; et la version 14, publiée en juin 2017. Et dans la présente divulgation, il est entendu par « 5G » la norme définie par au moins l'une des versions suivantes du 3GPP : la version 15, publiée en juin 2019 ; la version 16, publiée en juillet 2020 ; et la version 17, publiée en juin 2022. [0042] In the present disclosure, “4G” means the standard defined by at least one of the following versions of the Third Generation Partnership Project (3GPP): version 8, published in March 2009; version 9, published in March 2010; version 10, published in June 2011; the version 11, published in March 2013; version 12, released in March 2015; version 13, released in March 2016; and version 14, published in June 2017. And in this disclosure, “5G” means the standard defined by at least one of the following versions of 3GPP: version 15, published in June 2019; version 16, released in July 2020; and version 17, released in June 2022.
[0043] Il convient de mentionner que la solution proposée peut également s'appliquer aux réseaux cellulaires au-delà de la cinquième génération, et plus généralement à d'autres systèmes de communication. [0043] It should be mentioned that the proposed solution can also be applied to cellular networks beyond the fifth generation, and more generally to other communication systems.
[0044] Selon un autre aspect, l'invention propose un procédé d'entraînement d'un estimateur d'au moins un paramètre parmi une avance temporelle et un décalage de fréquence entre un premier dispositif de communication et un deuxième dispositif de communication, ledit procédé comprenant : une obtention d'au moins un paramètre estimé parmi une avance temporelle et un décalage de fréquence en fournissant audit estimateur un sous-ensemble d'échantillons d'un signal de corrélation d'entraînement ; une évaluation d'une fonction objectif à partir du sous-ensemble d'échantillons d'entraînement et dudit au moins un paramètre estimé ; et une mise à jour dudit estimateur pour optimiser la fonction objectif. [0044] According to another aspect, the invention proposes a method for training an estimator of at least one parameter among a time advance and a frequency offset between a first communication device and a second communication device, said method comprising: obtaining at least one estimated parameter among a time advance and a frequency offset by providing said estimator with a subset of samples of a training correlation signal; an evaluation of an objective function from the subset of training samples and said at least one estimated parameter; and updating said estimator to optimize the objective function.
[0045] Par « optimisation d'une fonction objectif », il est entendu soit la minimisation d'une fonction de coût, soit la maximisation d'une fonction de gain. Par exemple, l'estimateur peut être entraîné en utilisant une descente de gradient (respectivement, une remontée de gradient) pour minimiser une fonction de coût (respectivement, maximiser une fonction de gain). [0045] By “optimization of an objective function” is meant either the minimization of a cost function or the maximization of a gain function. For example, the estimator can be trained using gradient descent (respectively, gradient ascent) to minimize a cost function (respectively, maximize a gain function).
[0046] Le procédé proposé pour entraîner un estimateur présente les avantages décrits ci-dessus en relation avec le procédé proposé pour estimer une avance temporelle et/ou un décalage de fréquence. The method proposed for training an estimator has the advantages described above in relation to the method proposed for estimating a time advance and/or a frequency offset.
[0047] En particulier, et de manière similaire au procédé d'estimation décrit ci-dessus, le sous- ensemble d'échantillons d'entraînement comprend un ou plusieurs groupes disjoints d'échantillons consécutifs du signal de corrélation d'entraînement, un desdits groupes comprenant un échantillon d'amplitude maximale du signal de corrélation d'entraînement, et lesdits groupes comprenant un même nombre prédéfini d'échantillons dont les indices sont fonction de l'indice dudit échantillon d'amplitude maximale. In particular, and similarly to the estimation method described above, the subset of training samples comprises one or more disjoint groups of consecutive samples of the training correlation signal, one of said groups comprising a maximum amplitude sample of the training correlation signal, and said groups comprising the same predefined number of samples whose indices are a function of the index of said maximum amplitude sample.
[0048] En outre, le procédé d'entraînement proposé peut comprendre de multiples itérations desdites étapes d'obtention, d'évaluation et de mise à jour. Les itérations d'entraînement peuvent être réalisées respectivement pour des sous-ensembles d'échantillons d'entraînement distincts. [0048] Furthermore, the proposed training method may comprise multiple iterations of said obtaining, evaluation and updating steps. Training iterations can be performed for subsets of distinct training samples respectively.
[0049] Selon un mode de réalisation, ledit estimateur est ou comprend un réseau de neurones. According to one embodiment, said estimator is or comprises a neural network.
[0050] Selon un mode de réalisation, la fonction objectif est exprimée par :
[0050] According to one embodiment, the objective function is expressed by:
[0051] où : c(l’) est le sous-ensemble d'échantillons d'entraînement ; l' désigne les indices des échantillons de c(l’) ; â et ê désignent une avance temporelle et un décalage de fréquence estimés par ledit estimateur à partir de c(l’) ; et f(l',â,ê) désigne une fonction de ï , â et ê. [0051] where: c(l’) is the subset of training samples; l’ designates the indices of the samples of c(l’); â and ê designate a time advance and a frequency offset estimated by said estimator from c(l’); and f(l',â,ê) designates a function of ï, â and ê.
[0052] Selon un mode de réalisation, la fonction
est représentative d'un modèle analytique exprimant un sous-ensemble d'échantillons d'un signal de corrélation sans bruit. [0052] According to one embodiment, the function is representative of an analytical model expressing a subset of samples of a noise-free correlation signal.
[0053] La fonction objectif proposée ici est une fonction de coût représentative de la distance (par rapport à ||-||2) entre : les échantillons de corrélation fournis en entrée ; et le modèle des échantillons de corrélation sans bruit, étant donné une avance temporelle â et un décalage de fréquence ê. Selon ce mode de réalisation, la solution proposée exploite un auto-encodeur, entraîné pour minimiser la différence entre : un signal d'entrée (i.e. les échantillons de corrélation fournis en entrée) ; et un signal de sortie reconstruit (i.e. le modèle des échantillons de corrélation sans bruit). [0053] The objective function proposed here is a cost function representative of the distance (relative to ||-|| 2 ) between: the correlation samples provided as input; and the model of the correlation samples without noise, given a time advance â and a frequency offset ê. According to this embodiment, the proposed solution uses an autoencoder, trained to minimize the difference between: an input signal (ie the correlation samples provided as input); and a reconstructed output signal (ie the model of the correlation samples without noise).
[0054] En effet, pour les canaux à bruit gaussien, l'optimisation de cette fonction objectif correspond à la maximisation de la fonction de vraisemblance. L'estimateur est donc entraîné à ap- proximer (i.e. interpoler) l'estimateur de maximum de vraisemblance de l'avance temporelle et/ou du décalage de fréquence. En d'autres termes, l'avance temporelle et/ou le décalage de fréquence estimés sont obtenus de sorte que les échantillons de corrélation observés soient les plus probables. [0054] Indeed, for channels with Gaussian noise, the optimization of this objective function corresponds to the maximization of the likelihood function. The estimator is therefore trained to approximate (i.e. interpolate) the maximum likelihood estimator of the time advance and/or frequency offset. In other words, the estimated time lead and/or frequency shift are obtained such that the observed correlation samples are the most probable.
[0055] Par conséquent, ce mode de réalisation permet de fournir un estimateur entraîné à délivrer en sortie les estimations optimales - par rapport au critère de maximum de vraisemblance - de l'avance temporelle et/ou du décalage de fréquence porteuse. Consequently, this embodiment makes it possible to provide an estimator trained to output the optimal estimates - with respect to the maximum likelihood criterion - of the time advance and/or the carrier frequency offset.
[0056] Plus généralement, il est supposé que l'estimateur proposé (basé sur le critère de maximum de vraisemblance) est l'estimateur non biaisé à variance minimale, et qu'il est pour cette raison optimal en termes de précision. En effet, comme détaillé plus loin, il peut être montré que les estimations obtenues de l'avance temporelle et du décalage de fréquence porteuse sont sans biais et atteignent la variance la plus faible réalisable (i.e. la borne de Cramer-Rao). [0056] More generally, it is assumed that the proposed estimator (based on the maximum likelihood criterion) is the unbiased estimator with minimum variance, and that it is for this reason optimal in terms of precision. Indeed, as detailed below, it can be shown that the obtained estimates of the time advance and the carrier frequency offset are unbiased and achieve the lowest achievable variance (i.e. the Cramer-Rao bound).
[0057] Selon un mode de réalisation, ledit sous-ensemble d'échantillons d'entraînement c(Z’) est généré en utilisant des simulations d'un système de communication comprenant les premier et deuxième dispositifs. Selon un mode de réalisation, ledit sous-ensemble d'échantillons d'entraînement c(i’) est généré en ajoutant du bruit à des échantillons exprimés par le modèle analytique f(l’,a,E), a et E désignant une avance temporelle et un décalage de fréquence. [0057] According to one embodiment, said subset of training samples c(Z’) is generated using simulations of a communication system comprising the first and second devices. According to one embodiment, said subset of training samples c(i') is generated by adding noise to samples expressed by the analytical model f(l',a,E), a and E designating a time advance and frequency offset.
[0058] Selon ces modes de réalisation, l'estimateur est entraîné à l'aide de données d'entraînement synthétiques (i.e. générées par ordinateur), générées par un simulateur du système de communication, ou à l'aide d'un modèle analytique auquel est ajouté du bruit. Par exemple, l'estimateur
peut être entraîné en laboratoire (i.e. par entraînement hors ligne) à l'aide de données d'entraînement synthétiques avant son déploiement dans un système de communication. [0058] According to these embodiments, the estimator is trained using synthetic training data (ie generated by computer), generated by a simulator of the communication system, or using an analytical model to which noise is added. For example, the estimator can be trained in the laboratory (ie by offline training) using synthetic training data before its deployment in a communication system.
[0059] Ces mises en oeuvre permettent de fournir un estimateur précis de l'avance temporelle et/ou du décalage de fréquence pour divers scénarios de déploiement. En effet, l'estimateur peut être entraîné sur des données représentatives de divers scénarios, par exemple différentes valeurs d'avance temporelle et de décalage de fréquence, différents rapports signal/bruit, ou différentes conditions de propagation. [0059] These implementations make it possible to provide a precise estimator of the time advance and/or the frequency offset for various deployment scenarios. Indeed, the estimator can be trained on data representative of various scenarios, for example different time advance and frequency offset values, different signal/noise ratios, or different propagation conditions.
[0060] Selon un autre aspect, l'invention propose un estimateur d'au moins un paramètre parmi une avance temporelle et un décalage de fréquence entre un premier dispositif de communication et un deuxième dispositif de communication, ledit estimateur ayant été entraîné par un procédé conforme à l'invention. L'estimateur est en outre configuré pour estimer ledit au moins un paramètre à partir d'un sous-ensemble d'échantillons d'un signal de corrélation, ledit signal de corrélation étant basé sur un signal reçu du premier dispositif de communication et un signal de référence. [0060] According to another aspect, the invention proposes an estimator of at least one parameter among a time advance and a frequency offset between a first communication device and a second communication device, said estimator having been trained by a method in accordance with the invention. The estimator is further configured to estimate said at least one parameter from a subset of samples of a correlation signal, said correlation signal being based on a signal received from the first communication device and a signal reference.
[0061] Selon un mode de réalisation, ledit estimateur est ou comprend un réseau de neurones qui a été entraîné par un procédé conforme à l'invention. En conséquence, l'invention s'étend à un support d'informations lisible par ordinateur sur lequel est stocké un programme pour mettre en oeuvre un réseau de neurones conforme à l'invention. Ledit programme comprend des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par au moins un processeur ou un ordinateur, conduisent ledit au moins un processeur ou ordinateur à mettre en oeuvre un procédé conforme à l'invention. Par ailleurs, l'invention propose également un support lisible par ordinateur sur lequel sont stockées des données représentatives d'un réseau de neurones conforme à l'invention telles que des hyperpara mètres et/ou des poids du réseau de neurones. [0061] According to one embodiment, said estimator is or comprises a neural network which has been trained by a method according to the invention. Consequently, the invention extends to a computer-readable information medium on which a program is stored for implementing a neural network according to the invention. Said program comprises instructions which, when the program is executed by at least one processor or a computer, lead said at least one processor or computer to implement a method according to the invention. Furthermore, the invention also provides a computer-readable medium on which data representative of a neural network conforming to the invention are stored, such as hyperparameters and/or weights of the neural network.
[0062] Selon un autre aspect, l'invention propose un dispositif de communication, dit premier dispositif de communication, comprenant au moins un processeur et une mémoire sur laquelle est stocké un programme pour mettre en oeuvre un procédé comprenant une transmission d'un préambule généré à partir d'un signal de référence. [0062] According to another aspect, the invention proposes a communication device, called a first communication device, comprising at least one processor and a memory on which a program is stored for implementing a method comprising a transmission of a preamble generated from a reference signal.
[0063] Selon un autre aspect, l'invention propose un dispositif de communication, dit deuxième dispositif de communication, comprenant au moins un processeur et une mémoire sur laquelle est stocké un programme pour mettre en oeuvre un procédé conforme à l'invention. [0063] According to another aspect, the invention proposes a communication device, called a second communication device, comprising at least one processor and a memory on which a program is stored for implementing a method according to the invention.
[0064] Selon un autre aspect, l'invention propose un système de communication comprenant : un premier dispositif de communication conforme à l'invention ; et un deuxième dispositif de communication conforme à l'invention. [0064] According to another aspect, the invention proposes a communication system comprising: a first communication device according to the invention; and a second communication device according to the invention.
[0065] Selon un autre aspect, l'invention propose un programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par au moins un processeur ou un ordinateur, conduisent ledit au moins un processeur ou ordinateur à mettre en oeuvre un procédé conforme à l'invention.
[0066] Il convient de noter que les programmes informatiques auxquels il est fait référence ici peuvent utiliser n'importe quel langage de programmation et se présenter sous la forme d'un code source, d'un code objet ou d'un code intermédiaire entre un code source et un code objet, par exemple sous une forme partiellement compilée, ou sous toute autre forme souhaitable. [0065] According to another aspect, the invention proposes a computer program comprising instructions which, when the program is executed by at least one processor or a computer, lead said at least one processor or computer to implement a method in accordance with the invention. [0066] It should be noted that the computer programs referred to here can use any programming language and be in the form of a source code, an object code or an intermediate code between source code and object code, for example in partially compiled form, or in any other desirable form.
[0067] Selon un autre aspect, l'invention propose un support d'informations lisible par ordinateur sur lequel est stocké le programme informatique conforme à l'invention. [0067] According to another aspect, the invention proposes a computer-readable information medium on which the computer program according to the invention is stored.
[0068] Le support lisible par ordinateur auquel il est fait référence dans cette déclaration peut être toute entité ou dispositif en mesure de stocker le programme et lisible par tout équipement informatique comportant un ordinateur. Par exemple, le support peut comporter un support de stockage ou un support de stockage magnétique, tel qu'un disque dur. En variante, le support de stockage peut correspondre à un circuit intégré d'ordinateur dans lequel le programme est incorporé et adapté pour exécuter un procédé tel que décrit ci-dessus ou pour être utilisé dans l'exécution d'un tel procédé. The computer-readable medium referred to in this declaration may be any entity or device capable of storing the program and readable by any computer equipment comprising a computer. For example, the medium may include a storage medium or a magnetic storage medium, such as a hard drive. Alternatively, the storage medium may correspond to a computer integrated circuit in which the program is incorporated and adapted to execute a method as described above or to be used in the execution of such a method.
[0069] Il convient de souligner que l'estimateur, les dispositifs de communication, le système de communication, le programme et le support proposés présentent les avantages décrits ci-dessus en relation avec le procédé proposé pour estimer une avance temporelle et/ou un décalage de fréquence. [0069] It should be emphasized that the estimator, the communication devices, the communication system, the program and the support proposed have the advantages described above in relation to the method proposed for estimating a time advance and/or a frequency shift.
Brève description des dessins Brief description of the drawings
[0070] La FIG. 1 illustre un système de communication selon des modes de réalisation de l'invention. [0070] FIG. 1 illustrates a communication system according to embodiments of the invention.
[0071] La FIG. 2 illustre des étapes d'un procédé d'estimation d'une avance temporelle et/ou d'un décalage de fréquence selon des modes de réalisation de l'invention. [0071] FIG. 2 illustrates steps of a method for estimating a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention.
[0072] La FIG. 3 illustre une architecture d'un dispositif de communication selon des modes de réalisation de l'invention. [0072] FIG. 3 illustrates an architecture of a communication device according to embodiments of the invention.
[0073] La FIG. 4 illustre une architecture d'un dispositif de communication selon des modes de réalisation de l'invention. [0073] FIG. 4 illustrates an architecture of a communication device according to embodiments of the invention.
[0074] La FIG. 5 illustre des étapes d'un procédé d'estimation d'une avance temporelle et/ou d'un décalage de fréquence selon des modes de réalisation de l'invention. [0074] FIG. 5 illustrates steps of a method for estimating a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention.
[0075] La FIG. 6 illustre un exemple d'un signal de corrélation utilisé par un procédé d'estimation d'une avance temporelle et/ou d'un décalage de fréquence selon des modes de réalisation de l'invention. [0075] FIG. 6 illustrates an example of a correlation signal used by a method for estimating a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention.
[0076] La FIG. 7 illustre un procédé d'entraînement d'un estimateur d'une avance temporelle et/ou d'un décalage de fréquence selon des modes de réalisation de l'invention.
[0077] La FIG. 8 illustre une fonction objectif utilisée par un procédé d'entraînement d'un estimateur d'une avance temporelle et/ou d'un décalage de fréquence selon des modes de réalisation de l'invention. [0076] FIG. 7 illustrates a method for training an estimator of a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention. [0077] FIG. 8 illustrates an objective function used by a method of training an estimator of a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention.
[0078] La FIG. 9A et la FIG. 9B illustrent des performances d'un procédé d'estimation d'une avance temporelle et d'un décalage de fréquence selon des modes de réalisation de l'invention. [0078] FIG. 9A and FIG. 9B illustrate the performance of a method for estimating a time advance and a frequency offset according to embodiments of the invention.
[0079] La FIG. 10 illustre un exemple d'architecture matérielle d'un système de communication selon des modes de réalisation de l'invention. [0079] FIG. 10 illustrates an example of hardware architecture of a communication system according to embodiments of the invention.
Description des modes de réalisation Description of embodiments
[0080] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description fournie ci-après de modes de réalisation de l'invention. Ces modes de réalisation sont donnés à titre d'exemple illustratif et sont dépourvus de tout caractère limitatif. Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the description provided below of embodiments of the invention. These embodiments are given by way of illustrative example and are devoid of any limiting nature.
[0081] La FIG. 1 et la FIG. 2 illustrent respectivement un système de communication et des étapes d'un procédé d'estimation d'une avance temporelle et/ou d'un décalage de fréquence selon des modes de réalisation de l'invention. En particulier, ces figures sont ici décrites pour introduire brièvement le contexte de l'invention, les dispositifs de communication impliqués et les principales étapes du procédé proposé. [0081] FIG. 1 and FIG. 2 respectively illustrate a communication system and steps of a method for estimating a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention. In particular, these figures are described here to briefly introduce the context of the invention, the communication devices involved and the main stages of the proposed method.
[0082] Comme mentionné précédemment, l'invention est particulièrement pertinente dans le contexte de la synchronisation en liaison montante entre un terminal et une station de base dans un réseau de communication mobile. La description suivante de la présente invention fera référence à ce contexte particulier, qui n'est donné qu'à titre d'exemple illustratif et ne doit pas limiter l'invention. [0082] As mentioned previously, the invention is particularly relevant in the context of uplink synchronization between a terminal and a base station in a mobile communications network. The following description of the present invention will refer to this particular context, which is given only by way of illustrative example and should not limit the invention.
[0083] Un système de communication SYS comprend, selon un mode de réalisation illustré par la FIG. 1, un premier dispositif de communication TX et un deuxième dispositif de communication RX. Par exemple, le premier dispositif de communication TX peut être un terminal mobile tel qu'un terminal utilisateur et le deuxième dispositif de communication RX peut être une station de base. [0083] A SYS communication system comprises, according to an embodiment illustrated in FIG. 1, a first TX communication device and a second RX communication device. For example, the first TX communication device may be a mobile terminal such as a user terminal and the second RX communication device may be a base station.
[0084] Les premier TX et deuxième RX dispositifs de communication communiquent entre eux en utilisant un canal, par exemple un canal sans-fil. Les communications entre le premier dispositif TX et le deuxième dispositif RX sont ainsi impactées par une avance temporelle TA et un décalage de fréquence porteuse CFO. [0084] The first TX and second RX communication devices communicate with each other using a channel, for example a wireless channel. The communications between the first TX device and the second RX device are thus impacted by a time advance TA and a carrier frequency offset CFO.
[0085] L'avance temporelle TA caractérise le temps mis par le signal pour se propager du premier dispositif de communication TX au deuxième dispositif de communication RX, tandis que le décalage de fréquence porteuse CFO est dû à la différence entre les fréquences des oscillateurs des premier TX et deuxième RX dispositifs de communication, ainsi qu'à l'effet Doppler lié au déplacement d'un dispositif par rapport à l'autre.
[0086] Les paramètres TA et CFO doivent être estimés et compensés en vue d'obtenir de meilleures performances de communication, e.g. en termes de débits de données atteignables et de fiabilité. À cette fin, le premier dispositif de communication TX transmet un préambule (i.e. un signal de synchronisation connu des deux dispositifs) qui est exploité par le deuxième dispositif de communication RX pour estimer les paramètres TA et CFO. [0085] The time advance TA characterizes the time taken by the signal to propagate from the first communication device TX to the second communication device RX, while the carrier frequency shift CFO is due to the difference between the frequencies of the oscillators of the first TX and second RX communication devices, as well as the Doppler effect linked to the movement of one device relative to the other. [0086] The TA and CFO parameters must be estimated and compensated in order to obtain better communication performance, eg in terms of achievable data rates and reliability. To this end, the first TX communication device transmits a preamble (ie a synchronization signal known to both devices) which is used by the second RX communication device to estimate the TA and CFO parameters.
[0087] Le premier dispositif de communication TX comprend un générateur de préambule PG configuré pour générer un préambule PR à partir d'un signal de référence REF (connu des deux dispositifs), ledit préambule PR étant transmis par le premier dispositif de communication TX. La transmission du préambule PR peut impliquer, selon des modes de réalisation, différentes opérations de traitement telles que la répétition, la modulation, l'amplification, etc. The first TX communication device comprises a preamble generator PG configured to generate a preamble PR from a reference signal REF (known to both devices), said preamble PR being transmitted by the first TX communication device. The transmission of the PR preamble may involve, according to embodiments, different processing operations such as repetition, modulation, amplification, etc.
[0088] Le deuxième dispositif de communication RX comprend, selon un mode de réalisation illustré par la FIG. 1, au moins un des éléments suivants : un corrélateur XC ; un détecteur DET ; et un estimateur EST. [0088] The second RX communication device comprises, according to an embodiment illustrated in FIG. 1, at least one of the following elements: an XC correlator; a DET detector; and an EST estimator.
[0089] L'architecture du deuxième dispositif de communication RX est décrite ci-après en référence aux étapes de la FIG. 2, le deuxième dispositif de communication RX peut être configuré pour mettre en oeuvre au moins une des étapes S100 à S400. [0089] The architecture of the second RX communication device is described below with reference to the steps of FIG. 2, the second RX communication device can be configured to implement at least one of steps S100 to S400.
[0090] Le deuxième dispositif de communication RX est configuré, selon un mode de réalisation, pour obtenir, à l'étape S100, un signal reçu RCD. La réception du signal RCD peut impliquer différentes opérations de traitement telles que l'amplification, le filtrage, la démodulation, etc. En particulier, le signal RCD est reçu en provenance du premier dispositif de communication TX, par exemple via un canal sans-fil. En conséquence, le signal reçu RCD peut être représentatif du préambule PR transmis impacté par les effets de canal comportant du bruit, une propagation par trajets multiples, une atténuation, etc. [0090] The second RX communication device is configured, according to one embodiment, to obtain, in step S100, a received signal RCD. Receiving the RCD signal may involve different processing operations such as amplification, filtering, demodulation, etc. In particular, the RCD signal is received from the first TX communication device, for example via a wireless channel. Accordingly, the received signal RCD may be representative of the transmitted preamble PR impacted by channel effects including noise, multipath propagation, attenuation, etc.
[0091] Le corrélateur XC est configuré, selon un mode de réalisation, pour obtenir, à l'étape S200, un signal de corrélation COR à partir du signal reçu RCD et du signal de référence REF. Typiquement, le signal de corrélation COR est représentatif d'une corrélation croisée entre le préambule PR transmis et le signal de référence REF. The correlator XC is configured, according to one embodiment, to obtain, in step S200, a correlation signal COR from the received signal RCD and the reference signal REF. Typically, the correlation signal COR is representative of a cross-correlation between the transmitted preamble PR and the reference signal REF.
[0092] Le détecteur DET est configuré, selon un mode de réalisation, pour détecter, à l'étape S300, la transmission d'un préambule PR par le premier dispositif de communication TX à partir du signal de corrélation COR. Comme indiqué précédemment, une première tâche de la synchronisation en liaison montante consiste à détecter la transmission d'un préambule. [0092] The detector DET is configured, according to one embodiment, to detect, in step S300, the transmission of a preamble PR by the first communication device TX from the correlation signal COR. As noted previously, a first task of uplink synchronization is to detect the transmission of a preamble.
[0093] L'estimateur EST est configuré, selon un mode de réalisation, pour estimer, à l'étape S400, l'avance temporelle TA et/ou le décalage de fréquence porteuse CFO entre les premier TX et deuxième RX dispositifs de communication à partir du signal de corrélation COR. Plus précisément, l'estimateur EST réalise l'étape d'estimation S400 si, et seulement si, le préambule PR est détecté dans le signal reçu RCD pendant l'étape S300.
[0094] La FIG. 3 illustre une architecture d'un dispositif de communication selon des modes de réalisation de l'invention. Précisément, la FIG. 3 détaille davantage l'architecture du premier dispositif de communication TX précédemment décrit en référence à la FIG. 1 et le procédé pour générer le préambule PR à partir d'un signal de référence REF. [0093] The estimator EST is configured, according to one embodiment, to estimate, in step S400, the time advance TA and/or the carrier frequency offset CFO between the first TX and second RX communication devices at from the COR correlation signal. More precisely, the estimator EST carries out the estimation step S400 if, and only if, the preamble PR is detected in the received signal RCD during the step S300. [0094] FIG. 3 illustrates an architecture of a communication device according to embodiments of the invention. Precisely, FIG. 3 further details the architecture of the first TX communication device previously described with reference to FIG. 1 and the method for generating the preamble PR from a reference signal REF.
[0095] Dans un mode de réalisation particulier, le signal de référence REF est une séquence de Zadoff-Chu qui peut être exprimée par :
[0095] In a particular embodiment, the reference signal REF is a Zadoff-Chu sequence which can be expressed by:
[0096] où N est la longueur de la séquence, u est la racine de la séquence de Zadoff-Chu, (•)« désigne l'opération modulo-N, Cv = v ■ Ncs, Ncs est un décalage cyclique et v e [0,63]. Précisément, le signal de référence REF est une séquence de Zadoff-Chu dont la longueur N est un nombre premier. [0096] where N is the length of the sequence, u is the root of the Zadoff-Chu sequence, (•) « designates the modulo-N operation, C v = v ■ N cs , N cs is a cyclic shift and ve [0.63]. Precisely, the reference signal REF is a Zadoff-Chu sequence whose length N is a prime number.
[0097] Selon un mode de réalisation illustré par la FIG. 3, la génération du préambule PR comprend au moins l'une des étapes suivantes : une application d'une transformée de Fourier (e.g. une transformée de Fourier discrète DFT, ou une transformée de Fourier rapide FFT) au signal de référence REF ; une modulation en fréquence (« sub-carrier frequency mapping » en anglais) du signal obtenu en sortie de la transformée de Fourier ; et une application d'une transformée de Fourier inverse (e.g. une transformée de Fourier discrète inverse iDFT ou une transformée de Fourier rapide inverse iFFT) au signal modulé en fréquence. En particulier, ces étapes permettent d'intégrer le préambule PR dans les ressources en fréquence. [0097] According to an embodiment illustrated in FIG. 3, the generation of the preamble PR comprises at least one of the following steps: an application of a Fourier transform (e.g. a discrete Fourier transform DFT, or a fast Fourier transform FFT) to the reference signal REF; a frequency modulation (“sub-carrier frequency mapping” in English) of the signal obtained at the output of the Fourier transform; and an application of an inverse Fourier transform (e.g. an inverse discrete Fourier transform iDFT or an inverse fast Fourier transform iFFT) to the frequency modulated signal. In particular, these steps make it possible to integrate the PR preamble into the frequency resources.
[0098] Le signal obtenu en sortie de la transformée de Fourier inverse peut être répété et un préfixe cyclique peut être ajouté. Il convient de mentionner que dans le contexte des réseaux 5G, les préambules sont générés à partir de séquences de Zadoff-Chu selon différents formats, e.g. différentes longueurs, différentes plages de fréquences, etc. The signal obtained at the output of the inverse Fourier transform can be repeated and a cyclic prefix can be added. It is worth mentioning that in the context of 5G networks, preambles are generated from Zadoff-Chu sequences in different formats, e.g. different lengths, different frequency ranges, etc.
Le préambule PR généré par le premier dispositif de communication TX est transmis par exemple en utilisant l'antenne TX_ANT du premier dispositif de communication TX. The preamble PR generated by the first communication device TX is transmitted for example using the antenna TX_ANT of the first communication device TX.
[0099] La FIG. 4 et la FIG. 5 illustrent respectivement une architecture d'un dispositif de communication et des étapes d'un procédé pour estimer une avance temporelle et/ou un décalage de fréquence selon des modes de réalisation de l'invention. Précisément, la FIG. 4 détaille davantage l'architecture du deuxième dispositif de communication RX et la FIG. 5 détaille les étapes S100 à S400. [0099] FIG. 4 and FIG. 5 respectively illustrate an architecture of a communication device and steps of a method for estimating a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention. Precisely, FIG. 4 further details the architecture of the second RX communication device and FIG. 5 details steps S100 to S400.
[0100] Selon un mode de réalisation illustré par les FIG. 4 et 5, le procédé proposé pour estimer une avance temporelle TA et/ou un décalage de fréquence CFO est mis en oeuvre par le deuxième dispositif de communication RX et comprend au moins une des étapes S100 à S500 décrites ci- dessous.
[0101] Selon un mode de réalisation, le deuxième dispositif de communication RX comprend : une unité radio RX_RU configurée pour obtenir le signal reçu RCD ; et une unité numérique RX_DU configurée pour estimer l'avance temporelle TA et/ou un décalage de fréquence CFO en utilisant le signal reçu RCD. [0100] According to an embodiment illustrated by FIGS. 4 and 5, the method proposed for estimating a time advance TA and/or a frequency offset CFO is implemented by the second communication device RX and comprises at least one of the steps S100 to S500 described below. [0101] According to one embodiment, the second RX communication device comprises: a radio unit RX_RU configured to obtain the received signal RCD; and a digital unit RX_DU configured to estimate the time advance TA and/or a frequency offset CFO using the received signal RCD.
[0102] Pour obtenir le signal reçu RCD à l'étape S100, le deuxième dispositif de communication RX est configuré, selon des modes de réalisation, pour réaliser au moins l'une des étapes SI 10 à S 140 suivantes. [0102] To obtain the received signal RCD in step S100, the second communication device RX is configured, according to embodiments, to perform at least one of the following steps SI 10 to S 140.
[0103] Le deuxième dispositif de communication RX est configuré, selon un mode de réalisation, pour acquérir, à l'étape S110, un signal radio r(t) en utilisant l'antenne RX_ANT du deuxième dispositif de communication. [0103] The second RX communication device is configured, according to one embodiment, to acquire, in step S110, a radio signal r(t) using the RX_ANT antenna of the second communication device.
[0104] Le deuxième dispositif de communication RX est configuré, selon un mode de réalisation, pour supprimer, à l'étape S120, un préfixe cyclique et obtenir un signal y nTs) échantillonné à partir du signal radio r(t). En particulier, l'étape S120 comprend le traitement du signal radio r(t) en utilisant une tête radiofréquence (dite « radio-frequency front-end RF-FE » en anglais) du deuxième dispositif de communication pour obtenir le signal y(nTs) échantillonné (i.e. discret). Par ailleurs, l'étape S120 peut comprendre une décimation et un filtrage du signal radio r(t), qui est typiquement utilisé pour les préambules de format long afin de réduire la taille de la FFT par la suite. [0104] The second RX communication device is configured, according to one embodiment, to delete, in step S120, a cyclic prefix and obtain a signal y nTs) sampled from the radio signal r(t). In particular, step S120 comprises the processing of the radio signal r(t) using a radio frequency head (called “radio-frequency front-end RF-FE” in English) of the second communication device to obtain the signal y(nTs ) sampled (i.e. discrete). Furthermore, step S120 may include decimation and filtering of the radio signal r(t), which is typically used for long format preambles in order to reduce the size of the FFT subsequently.
[0105] Le deuxième dispositif de communication RX est configuré, selon un mode de réalisation, pour appliquer, à l'étape S130, une transformée de Fourier au signal y(nTs) pour obtenir un signal Y(m). [0105] The second RX communication device is configured, according to one embodiment, to apply, in step S130, a Fourier transform to the signal y(nTs) to obtain a signal Y(m).
[0106] Le deuxième dispositif de communication RX est configuré, selon un mode de réalisation, pour extraire, à l'étape S140, le signal reçu RCD du signal Y m). En d'autres termes, l'étape S140 consiste à réaliser une démodulation en fréquence (« frequency demapping »). Par ailleurs, lorsque le signal de référence REF est répété au sein du préambule PR, l'étape S140 peut comprendre une combinaison des répétitions de séquence dans le domaine fréquentiel. [0106] The second RX communication device is configured, according to one embodiment, to extract, in step S140, the received signal RCD from the signal Y m). In other words, step S140 consists of carrying out frequency demodulation (“frequency demapping”). Furthermore, when the reference signal REF is repeated within the preamble PR, step S140 may include a combination of sequence repetitions in the frequency domain.
[0107] Le corrélateur XC est configuré, selon un mode de réalisation, pour réaliser les étapes S210 à S230 suivantes pour obtenir le signal de corrélation COR. Comme le montre la FIG. 4, le corrélateur XC prend en entrée les échantillons du signal reçu RCD et les échantillons du signal de référence REF. [0107] The correlator XC is configured, according to one embodiment, to carry out the following steps S210 to S230 to obtain the correlation signal COR. As shown in FIG. 4, the correlator XC takes as input the samples of the received signal RCD and the samples of the reference signal REF.
[0108] Selon ce mode de réalisation, le corrélateur XC est configuré pour appliquer, à l'étape S210, une DFT conjuguée (i.e. une DFT puis une conjugaison) aux échantillons du signal de référence REF. Par conséquent, le corrélateur XC obtient de multiples coefficients am* , qui correspondent à une représentation complexe conjuguée dans le domaine fréquentiel du signal de référence REF. [0108] According to this embodiment, the correlator XC is configured to apply, in step S210, a conjugated DFT (ie a DFT then a conjugation) to the samples of the reference signal REF. Therefore, the XC correlator obtains multiple coefficients a m * , which correspond to a complex conjugate representation in the frequency domain of the reference signal REF.
[0109] Le corrélateur XC est configuré, selon ce mode de réalisation, pour multiplier, à l'étape S220, des échantillons du signal reçu RCD par les coefficients obtenus a,',tet appliquer, à l'étape S230,
une transformée iDFT au résultat de la multiplication pour obtenir le signal de corrélation COR (un signal numérique comprenant des échantillons multiples). [0109 ] The correlator an iDFT transform to the result of the multiplication to obtain the correlation signal COR (a digital signal comprising multiple samples).
[0110] De la sorte, le corrélateur XC met en oeuvre un filtre adapté dans le domaine fréquentiel. En conséquence, le signal de corrélation COR obtenu est donc représentatif d'une corrélation croisée entre le préambule PR transmis par le premier dispositif de communication TX et le signal de référence REF. À titre illustratif, un exemple d'un signal de corrélation COR est représenté dans la FIG. 6 et décrit ci-dessous. [0110] In this way, the correlator XC implements a filter adapted in the frequency domain. Consequently, the correlation signal COR obtained is therefore representative of a cross-correlation between the preamble PR transmitted by the first communication device TX and the reference signal REF. For illustration purposes, an example of a COR correlation signal is shown in FIG. 6 and described below.
[0111] Il est toutefois important de noter que, dans le cadre de l'invention, d'autres mises en oeuvre du corrélateur XC peuvent être envisagées, comme l'utilisation d'une corrélation croisée dans le domaine temporel. [0111] It is however important to note that, in the context of the invention, other implementations of the XC correlator can be envisaged, such as the use of a cross-correlation in the time domain.
[0112] Le détecteur PET est configuré, selon un mode de réalisation, pour détecter, à l'étape S300, la transmission du préambule PR par le premier dispositif de communication TX à partir du signal de corrélation COR. [0112] The PET detector is configured, according to one embodiment, to detect, in step S300, the transmission of the preamble PR by the first communication device TX from the correlation signal COR.
[0113] Par exemple, le détecteur DET peut mettre en oeuvre un critère de décision de détection à partir d'un profil de retard de puissance du signal de corrélation COR. Précisément, le détecteur DET, selon ce mode de réalisation particulier, détecte le préambule PR si l'amplitude quadratique d'un échantillon du signal de corrélation COR est supérieure à un seuil prédéfini. Dans le cadre de l'invention, d'autres mises en oeuvre du détecteur DET pourraient être envisagées. [0113] For example, the DET detector can implement a detection decision criterion based on a power delay profile of the COR correlation signal. Specifically, the detector DET, according to this particular embodiment, detects the preamble PR if the quadratic amplitude of a sample of the correlation signal COR is greater than a predefined threshold. In the context of the invention, other implementations of the DET detector could be envisaged.
[0114] Selon un mode de réalisation, le détecteur DET est configuré pour obtenir et délivrer en sortie l'indice LP du pic de corrélation principal CPK1 détecté, i.e. l'indice de l'échantillon d'amplitude maximale du signal de corrélation COR. [0114] According to one embodiment, the detector DET is configured to obtain and output the index LP of the main correlation peak CPK1 detected, i.e. the index of the maximum amplitude sample of the correlation signal COR.
[0115] En particulier, le détecteur DET est configuré pour obtenir, à l'étape S310, une estimation approximative de l'avance temporelle TA à partir de l'indice LP du pic de corrélation principal CPK1 détecté. En conséquence, la précision de l'estimation approximative de l'avance temporelle TA est limitée à un multiple de la période d'échantillonnage. [0115] In particular, the detector DET is configured to obtain, in step S310, an approximate estimate of the time advance TA from the index LP of the main correlation peak CPK1 detected. Consequently, the precision of the approximate estimation of the time advance TA is limited to a multiple of the sampling period.
[0116] L'estimateur EST est configuré, selon un mode de réalisation, pour estimer, à l'étape S400, l'avance temporelle TA et/ou le décalage de fréquence porteuse CFO à partir du signal de corrélation COR. En particulier, l'estimateur est configuré pour mettre en oeuvre les étapes S410 et S420 suivantes. [0116] The estimator EST is configured, according to one embodiment, to estimate, in step S400, the time advance TA and/or the carrier frequency offset CFO from the correlation signal COR. In particular, the estimator is configured to implement the following steps S410 and S420.
[0117] L'estimateur EST est configuré, selon ce mode de réalisation, pour sélectionner, à l'étape S410, un sous-ensemble d'échantillons SUB du signal de corrélation COR. Comme détaillé ci-après l'estimateur EST réalise, à l'étape S410, une extraction de caractéristiques et sélectionne les échantillons les plus significatifs du signal de corrélation pour l'estimation. [0117] The estimator EST is configured, according to this embodiment, to select, in step S410, a subset of samples SUB of the correlation signal COR. As detailed below, the EST estimator performs, in step S410, a feature extraction and selects the most significant samples of the correlation signal for the estimation.
[0118] En conséquence, l'estimateur EST est configuré pour estimer l'avance temporelle TA et/ou le décalage de fréquence CFO à partir du sous-ensemble d'échantillons SUB. En particulier, l'estimateur EST est configuré pour fournir le sous-ensemble d'échantillons SUB en entrée d'un
encodeur ENC, qui délivre en sortie l'estimation â de l'avance temporelle et/ou l'estimation ê du décalage de fréquence. [0118] Consequently, the estimator EST is configured to estimate the time advance TA and/or the frequency offset CFO from the subset of samples SUB. In particular, the EST estimator is configured to provide the subset of SUB samples as input to a ENC encoder, which outputs the estimate â of the time advance and/or the estimate ê of the frequency offset.
[0119] La description ci-dessus donne une vue d'ensemble de la solution proposée (i.e. l'architecture des dispositifs de communication proposés, les étapes du procédé proposé). À partir de cette vue d'ensemble, la mise en oeuvre de l'estimateur EST est détaillée ci-dessous en référence à la FIG. 6. Plus généralement, la FIG. 6 est utilisée pour décrire le principe de la solution proposée et ses avantages. [0119] The description above gives an overview of the proposed solution (i.e. the architecture of the proposed communication devices, the steps of the proposed method). From this overview, the implementation of the EST estimator is detailed below with reference to FIG. 6. More generally, FIG. 6 is used to describe the principle of the proposed solution and its advantages.
[0120] La FIG. 6 illustre un exemple d'un signal de corrélation utilisé pour estimer une avance temporelle et/ou un décalage de fréquence selon des modes de réalisation de l'invention. Plus précisément, la FIG. 6 illustre un graphique de l'amplitude quadratique |c(Z) |2 (axe y) d'un signal de corrélation COR en fonction de l'indice d'échantillon l (axe x). [0120] FIG. 6 illustrates an example of a correlation signal used to estimate a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention. More precisely, FIG. 6 illustrates a graph of the quadratic amplitude |c(Z) | 2 (y axis) of a COR correlation signal as a function of the sample index l (x axis).
[0121] Un modèle analytique du signal de corrélation COR est détaillé ci-après. Nous considérons un canal à trajet unique sans bruit entre les premier TX et deuxième RX dispositifs de communication avec une avance temporelle TA r et un décalage de fréquence CFO 5f. Par ailleurs, nous considérons que le signal de référence REF est une séquence de Zadoff-Chu telle que définie par l'Éq. 1. Il peut être montré théoriquement que le modèle proposé basé sur un canal à trajet unique permet également de modéliser des canaux à trajets multiples, étant donné que la durée du signal de référence (typiquement, 1 ms) est grande par rapport à l'étalement des retards de ces canaux (typiquement, 50 à 500 ns). [0121] An analytical model of the COR correlation signal is detailed below. We consider a noise-free single-path channel between the first TX and second RX communication devices with a time advance TA r and a frequency offset CFO 5f. Furthermore, we consider that the reference signal REF is a Zadoff-Chu sequence as defined by Eq. 1. It can be shown theoretically that the proposed model based on a single-path channel also allows modeling of multi-path channels, since the duration of the reference signal (typically, 1 ms) is large compared to the spread of the delays of these channels (typically, 50 to 500 ns).
[0122] Il peut être montré que le signal de corrélation COR obtenu par le corrélateur XC, selon les modes de réalisation ci-dessus, peut être exprimé par :
[0122] It can be shown that the correlation signal COR obtained by the correlator XC, according to the above embodiments, can be expressed by:
[0123] où Z e [O,ZV - 1] est l'indice d'échantillon, N est la longueur du signal de référence REF, ü est l'inverse multiplicatif modulaire de u la racine du signal de référence REF, i.e. üu = KN + 1. Les paramètres a représentent respectivement l'avance temporelle et le décalage
de fréquence normalisés. Ts est la période d'échantillonnage et àfRA est l'espacement entre sous- porteuses utilisé par le système de communication SYS de sorte que Ts = — - — , L désignant la[0123] where Z e [O,ZV - 1] is the sample index, N is the length of the reference signal REF, ü is the modular multiplicative inverse of u the root of the reference signal REF, ie üu = KN + 1. The parameters a represent the time advance and the offset respectively standardized frequencies. T s is the sampling period and àf RA is the spacing between subcarriers used by the SYS communication system so that T s = — - —, L designating the
RA’ taille de l'iDFT du premier dispositif de communication TX. RA’ size of the iDFT of the first TX communication device.
[0124] Les termes et fonctions A", <p, SL et S dans l'Éq. 2 sont définis comme suit :
[0124] The terms and functions A", <p, S L and S in Eq. 2 are defined as follows:
[0125] où h est le gain complexe de canal, 0 le facteur d'amplitude pour le signal transmis par le premier dispositif de communication TX, NCP est la longueur du préfixe cyclique et K est défini par üu = KN + 1 comme indiqué précédemment. [0125] where h is the channel complex gain, 0 the amplitude factor for the signal transmitted by the first communication device TX, N CP is the length of the cyclic prefix and K is defined by üu = KN + 1 as indicated previously.
[0126] Les simulations numériques ont montré que la majeure partie de l'énergie (> 85 %) du signal de corrélation COR est concentrée sur les termes avec d e {- 1, 0, 1} dans la somme de l'Éq. 2. Par conséquent, le signal de corrélation COR c(Z) peut être approximé avec précision par un modèle simplifié ê(Z) exprimé par :
[0126] Numerical simulations have shown that most of the energy (> 85%) of the COR correlation signal is concentrated on the terms with {- 1, 0, 1} in the sum of Eq. 2. Consequently, the COR correlation signal c(Z) can be accurately approximated by a simplified model ê(Z) expressed by:
[0127] Le modèle simplifié ê(Z) dans l'Éq. 3 implique une somme de trois termes, qui correspondent aux trois pics de corrélation les plus grands CPK1-CPK3 dans le signal de corrélation COR. En ce qui concerne la FIG. 6, le premier terme pour d = 0 correspond au pic de corrélation principal CPK1 et les deux autres termes d = - 1, 1 correspondent aux pics de corrélation secondaires CPK2, CPK3. [0127] The simplified model ê(Z) in Eq. 3 implies a sum of three terms, which correspond to the three largest CPK1-CPK3 correlation peaks in the COR correlation signal. Regarding FIG. 6, the first term for d = 0 corresponds to the main correlation peak CPK1 and the other two terms d = - 1, 1 correspond to the secondary correlation peaks CPK2, CPK3.
[0128] L'indice LP (également désigné par Zp) du pic de corrélation principal CPK1 est obtenu par le détecteur DET et est fourni en entrée de l'estimateur EST. Les indices lp+ et lp_ des deux autres pics de corrélation CPK2 et CPK3 peuvent être obtenus sur la base (i.e. sont fonction) de l'indice lp du pic de corrélation principal CPK1 en utilisant les expressions suivantes : lp+ = (lp + ü) ; et
The index LP (also designated by Z p ) of the main correlation peak CPK1 is obtained by the detector DET and is provided as input to the estimator EST. The indices l p+ and l p _ of the two other correlation peaks CPK2 and CPK3 can be obtained on the basis (ie are a function) of the index l p of the main correlation peak CPK1 using the following expressions: l p+ = ( l p + ü); And
[0129] La mise en oeuvre de l'estimateur EST s'appuie sur le modèle analytique et les résultats de simulation ci-dessus pour estimer avec précision l'avance temporelle TA a et/ou le décalage de fréquence CFO s. En particulier, la sélection, à l'étape S410, du sous-ensemble d'échantillons SUB utilisé pour l'estimation est basée sur les résultats ci-dessus. [0129] The implementation of the EST estimator relies on the analytical model and the simulation results above to precisely estimate the time advance TA a and/or the frequency offset CFO s. In particular, the selection, in step S410, of the subset of SUB samples used for the estimation is based on the above results.
[0130] Le sous-ensemble d'échantillons SUB du signal de corrélation COR peut être défini comme suit en référence à la FIG. 6. [0130] The subset of samples SUB of the correlation signal COR can be defined as follows with reference to FIG. 6.
[0131] Comme discuté précédemment, la majeure partie de l'énergie du signal de corrélation COR est concentrée sur les trois pics de corrélation les plus grands CPK1-CPK3 d'indice respectif lp, lp+ et lp_. Par conséquent, le sous-ensemble d'échantillons SUB comprend, selon un mode de réalisation, trois groupes Gl, G2, G3 d'échantillons du signal de corrélation COR, chaque groupe comprenant un des pics de corrélation CPK1, CPK2, CPK3. [0131] As discussed previously, most of the energy of the correlation signal COR is concentrated on the three largest correlation peaks CPK1-CPK3 of respective index l p , l p+ and l p _. Consequently, the subset of samples SUB comprises, according to one embodiment, three groups Gl, G2, G3 of samples of the correlation signal COR, each group comprising one of the correlation peaks CPK1, CPK2, CPK3.
[0132] Toutefois, dans le cadre de l'invention, il pourrait également être envisagé des modes de réalisation dans lesquels le sous-ensemble d'échantillons SUB comprend plus de trois groupes, chaque groupe comprenant un pic de corrélation d'indice Z = (lp + kü)N avec k e Z.
[0133] Selon un mode de réalisation, chacun des groupes G1-G3 du sous-ensemble SUB comprend des échantillons autour de chaque pic de corrélation CPK1-CPK3. En d'autres termes, chaque groupe G1-G3 comprend respectivement de multiples échantillons consécutifs comportant un des pics de corrélation CPK1-CPK3. [0132] However, in the context of the invention, it could also be envisaged embodiments in which the subset of samples SUB comprises more than three groups, each group comprising a correlation peak of index Z = (l p + kü) N with ke Z. [0133] According to one embodiment, each of the groups G1-G3 of the SUB subset comprises samples around each CPK1-CPK3 correlation peak. In other words, each group G1-G3 respectively comprises multiple consecutive samples comprising one of the CPK1-CPK3 correlation peaks.
[0134] L'utilisation de multiples échantillons autour des pics de corrélation CPK1-CPK3 permet d'estimer avec précision l'avance temporelle TA pour les canaux à trajets multiples, i.e. en présence de multiples trajets de propagation avec différents retards normalisés a’. Par conséquent, le nombre d'échantillons dans chaque groupe G1-G3 du sous-ensemble SUB peut être fixé en fonction de l'étalement de retard du canal entre les premier TX et deuxième RX dispositifs de communication. Il convient de noter que l'avance temporelle a (respectivement T) représente le retard normalisé moyen (respectivement le retard moyen) des multiples trajets de propagation du canal. [0134] The use of multiple samples around the CPK1-CPK3 correlation peaks makes it possible to accurately estimate the time advance TA for multipath channels, i.e. in the presence of multiple propagation paths with different normalized delays a’. Therefore, the number of samples in each group G1-G3 of the SUB subset can be set according to the channel delay spread between the first TX and second RX communication devices. It should be noted that the time advance a (respectively T) represents the average normalized delay (respectively the average delay) of the multiple propagation paths of the channel.
[0135] Par exemple, la sélection de 3 échantillons dans chaque groupe G1-G3 (i.e. un pic de corrélation et un échantillon de chaque côté de celui-ci) permet d'exploiter les composantes de propagation par trajets multiples dont les retards a’ vont jusqu'à ± une période d'échantillonnage Ts, i.e. - 1 < a’ < 1. De même, des groupes de 5 échantillons (comme le montre la FIG. 6) peuvent être utilisés pour des retards a’ allant jusqu'à ± deux fois la période d'échantillonnage Ts, i.e. [0135] For example, the selection of 3 samples in each group G1-G3 (ie a correlation peak and a sample on each side of it) makes it possible to exploit the multipath propagation components whose delays a' range up to ± one sampling period T s , ie - 1 <a'< 1. Similarly, groups of 5 samples (as shown in FIG. 6) can be used for delays a' of up to at ± twice the sampling period T s , ie
- 2 < a’ < 2 ; et des groupes de 7 échantillons pour des retards a’ allant jusqu'à ± trois fois la période d'échantillonnage Ts, i.e. - 3 < a’ < 3. - 2 <a'<2; and groups of 7 samples for delays a' of up to ± three times the sampling period T s , ie - 3 <a'< 3.
[0136] Par conséquent, le nombre d'échantillons dans chaque groupe G1-G3 du sous-ensemble SUB est fixé à 3, 5, ou 7 échantillons selon des modes de réalisation. Ainsi, le nombre d'échantillons dans le sous-ensemble SUB respectivement est égal à 9 (i.e. 3 des groupes de 3 échantillons), 15 (i.e. 3x5), et 21 (i.e. 3x7). [0136] Consequently, the number of samples in each group G1-G3 of the subset SUB is fixed at 3, 5, or 7 samples according to embodiments. Thus, the number of samples in the SUB subset respectively is equal to 9 (i.e. 3 of groups of 3 samples), 15 (i.e. 3x5), and 21 (i.e. 3x7).
[0137] L'encodeur ENC est, selon un mode de réalisation, un réseau de neurones prenant en entrée le sous-ensemble d'échantillons SUB et délivrant une estimation â de l'avance temporelle TA et/ou ê du décalage de fréquence CFO. [0137] The ENC encoder is, according to one embodiment, a neural network taking as input the subset of samples SUB and delivering an estimate â of the time advance TA and/or ê of the frequency offset CFO .
[0138] Par exemple, le réseau de neurones ENC est entièrement connecté et comprend : une couche d'entrée de 42 neurones (i.e. 3 des groupes de 7 échantillons complexes) ; trois couches cachées de respectivement 42, 22, et 8 neurones ; et une couche de sortie 2 neurones (i.e. des estimations â et ê). En outre, des fonctions d'activation de type sigmoïdes peuvent être utilisées pour les couches d'entrée et cachées, et des fonctions d'activation linéaires peuvent être utilisées pour la couche de sortie. Il convient de mentionner que le réseau de neurones ENC comprend un nombre limité de neurones et présente donc une faible complexité de mise en oeuvre. [0138] For example, the ENC neural network is fully connected and includes: an input layer of 42 neurons (i.e. 3 groups of 7 complex samples); three hidden layers of respectively 42, 22, and 8 neurons; and a 2-neuron output layer (i.e. estimates â and ê). Additionally, sigmoid-like activation functions can be used for the input and hidden layers, and linear activation functions can be used for the output layer. It is worth mentioning that the ENC neural network includes a limited number of neurons and therefore has low implementation complexity.
[0139] Il est à noter que, selon un mode de réalisation, l'encodeur ENC utilise les valeurs complexes (i.e. les amplitudes et les phases) des échantillons du sous-ensemble SUB pour estimer conjointement l'avance temporelle TA et le décalage de fréquence CFO.
[0140] La solution proposée permet d'estimer avec précision ces paramètres critiques tout en maintenant une implémentation de faible complexité. La solution proposée peut avantageusement être mise en oeuvre en temps réel sur des systèmes de communication. En effet, la solution proposée permet d'estimer conjointement l'avance temporelle TA et le décalage de fréquence CFO en utilisant un réseau de neurones ENC de faible complexité ne prenant en entrée qu'un sous-ensemble SUB de quelques échantillons significatifs du signal de corrélation COR. [0139] It should be noted that, according to one embodiment, the ENC encoder uses the complex values (ie the amplitudes and phases) of the samples of the subset SUB to jointly estimate the temporal advance TA and the offset of CFO frequency. [0140] The proposed solution makes it possible to precisely estimate these critical parameters while maintaining a low complexity implementation. The proposed solution can advantageously be implemented in real time on communication systems. Indeed, the proposed solution makes it possible to jointly estimate the time advance TA and the frequency offset CFO using a low complexity ENC neural network taking as input only a subset SUB of a few significant samples of the signal of COR correlation.
[0141] Dans le cadre de l'invention, il pourrait également être envisagé d'utiliser des moyens autres qu'un réseau de neurones pour mettre en oeuvre l'encodeur ENC, et ainsi estimer l'avance temporelle TA et/ou le décalage de fréquence CFO. Par exemple, d'autres algorithmes d'apprentissage automatique pourraient être utilisés. [0141] In the context of the invention, it could also be envisaged to use means other than a neural network to implement the ENC encoder, and thus estimate the time advance TA and/or the offset CFO frequency. For example, other machine learning algorithms could be used.
[0142] Le procédé proposé pour entraîner l'estimateur EST est présenté ci-dessous en référence aux FIG. 7 et 8. En outre, la performance de l'estimateur EST est discutée en référence aux FIG. 9A et 9B. [0142] The method proposed for training the EST estimator is presented below with reference to FIGS. 7 and 8. Furthermore, the performance of the EST estimator is discussed with reference to FIGs. 9A and 9B.
[0143] L'utilisation par le système de communication SYS de l'avance temporelle TA et du décalage de fréquence CFO estimés est exemplifiée ci-dessous. [0143] The use by the communication system SYS of the estimated time advance TA and frequency offset CFO is exemplified below.
[0144] En particulier, l'avance temporelle TA estimée est, selon un mode de réalisation, utilisée, au cours d'une étape S500, pour affiner ou remplacer l'avance temporelle approximative estimée par le détecteur DET. [0144] In particular, the estimated time advance TA is, according to one embodiment, used, during a step S500, to refine or replace the approximate time advance estimated by the detector DET.
[0145] Selon un mode de réalisation, l'estimation â de l'avance temporelle TA est transmise au premier dispositif de communication TX pour correction. Cela permet d'intégrer les transmissions ultérieures du premier dispositif de communication TX dans des ressources temps-fréquence restreintes avec d'autres dispositifs de communication. [0145] According to one embodiment, the estimate â of the time advance TA is transmitted to the first communication device TX for correction. This allows subsequent transmissions of the first TX communication device to be integrated into restricted time-frequency resources with other communication devices.
[0146] Il pourrait également être envisagé d'égaliser les signaux ultérieurs reçus en provenance du premier dispositif de communication TX (i.e. les données reçues suivantes) en utilisant l'avance temporelle TA et le décalage de fréquence CFO estimés. Par exemple, l'estimation de la fréquence porteuse CFO peut être fournie à une couche supérieure pour la compensation du décalage de fréquence pour les données reçues suivantes. [0146] It could also be envisaged to equalize the subsequent signals received from the first communication device TX (i.e. the following data received) using the estimated time advance TA and the frequency offset CFO. For example, the CFO carrier frequency estimate may be provided to a higher layer for frequency offset compensation for subsequent received data.
[0147] La FIG. 7 et la FIG. 8 illustrent respectivement un procédé d'entraînement d'un estimateur d'une avance temporelle et/ou d'un décalage de fréquence et une fonction objectif utilisée pour entraîner l'estimateur selon des modes de réalisation de l'invention. [0147] FIG. 7 and FIG. 8 respectively illustrate a method for training an estimator of a time advance and/or a frequency offset and an objective function used to train the estimator according to embodiments of the invention.
[0148] Précisément, la FIG. 7 illustre l'entraînement de l'encodeur ENC proposé, qui estime l'avance temporelle TA et/ou le décalage de fréquence CFO à partir du sous-ensemble d'échantillons SUB du signal de corrélation COR. [0148] Precisely, FIG. 7 illustrates the training of the proposed ENC encoder, which estimates the time advance TA and/or the frequency offset CFO from the subset of samples SUB of the correlation signal COR.
[0149] Comme mentionné précédemment, l'encodeur ENC peut être un réseau de neurones. La description suivante du procédé d'entraînement proposé fera référence à ce mode de réalisation particulier, qui n'est donnée qu'à titre d'exemple illustratif et ne doit pas limiter l'invention.
[0150] Le procédé pour entraîner l'estimateur EST, selon des modes de réalisation, comprend au moins l'une des étapes suivantes illustrées par la FIG. 7. [0149] As mentioned previously, the ENC encoder can be a neural network. The following description of the proposed training method will refer to this particular embodiment, which is given only by way of illustrative example and should not limit the invention. [0150] The method for training the EST estimator, according to embodiments, comprises at least one of the following steps illustrated in FIG. 7.
[0151] Le procédé pour entraîner l'estimateur comprend, selon un mode de réalisation, une fourniture en entrée de l'encodeur ENC d'un sous-ensemble d'échantillons d'entraînement TR_SUB d'un signal de corrélation TR_COR. De la sorte, une avance temporelle TA estimée â et/ou un décalage de fréquence CFO estimé ê sont obtenus en sortie de l'encodeur ENC. [0151] The method for training the estimator comprises, according to one embodiment, supplying at the input of the ENC encoder a subset of training samples TR_SUB of a correlation signal TR_COR. In this way, an estimated time advance TA â and/or an estimated CFO frequency offset ê are obtained at the output of the encoder ENC.
[0152] Le procédé pour entraîner l'estimateur comprend, selon un mode de réalisation, une évaluation d'une fonction objectif LOS à partir du sous-ensemble d'échantillons d'entraînement TR_SUB et des estimations <2 et/ou ê obtenues. La fonction objectif LOS utilisée pour l'entraînement est discutée plus en détails ci-dessous. [0152] The method for training the estimator comprises, according to one embodiment, an evaluation of an objective function LOS from the subset of training samples TR_SUB and estimates <2 and/or ê obtained. The LOS objective function used for training is discussed in more detail below.
[0153] Le procédé pour entraîner l'estimateur comprend, selon un mode de réalisation, une mise à jour de l'encodeur ENC pour optimiser la fonction objectif LOS. Par exemple, la mise à jour de l'encodeur ENC comprend une mise à jour des poids du réseau de neurones ENC pour optimiser la fonction objectif LOS en utilisant un algorithme de rétropropagation du gradient. [0153] The method for training the estimator comprises, according to one embodiment, an update of the ENC encoder to optimize the LOS objective function. For example, updating the ENC encoder includes updating the weights of the ENC neural network to optimize the LOS objective function using a gradient backpropagation algorithm.
[0154] Selon un mode de réalisation, le procédé d'entraînement peut comprendre plusieurs itérations des étapes précédentes pour des sous-ensembles d'entraînement distincts TR_SUB. [0154] According to one embodiment, the training method may comprise several iterations of the previous steps for distinct training subsets TR_SUB.
[0155] La fonction objectif LOS utilisée pour l'entraînement, et plus généralement le procédé d'entraînement proposé, sont directement basés sur le modèle analytique du signal de corrélation COR présenté précédemment en référence à la FIG. 3. [0155] The LOS objective function used for training, and more generally the proposed training method, are directly based on the analytical model of the COR correlation signal presented previously with reference to FIG. 3.
[0156] Précisément, la fonction objectif LOS utilisée pour l'entraînement est dérivée de l'estimateur de maximum de vraisemblance de l'avance temporelle TA et du décalage de fréquence porteuse CFO dans le cadre du modèle analytique simplifié ci-dessus. Il convient de rappeler que l'objectif de l'estimation du maximum de vraisemblance est de trouver les paramètres qui rendent les données observées les plus probables dans le cadre du modèle supposé. [0156] Precisely, the objective function LOS used for training is derived from the maximum likelihood estimator of the time advance TA and the carrier frequency offset CFO in the context of the simplified analytical model above. It is worth remembering that the goal of maximum likelihood estimation is to find the parameters that make the observed data most likely under the assumed model.
[0157] Nous utilisons ci-après les notations suivantes. Soit a représentant l'avance temporelle normalisée et s représentant le décalage de fréquence normalisé. L'avance temporelle et le décalage de fréquence estimés normalisés obtenus en sortie de l'encodeur ENC sont notés â et ê. On note c(I’) le sous-ensemble d'échantillons d'entraînement TR_SUB, V étant les indices des échantillons du sous-ensemble d'entraînement c(Z’). Les symboles en gras sont utilisés pour les vecteurs. [0157] We use the following notations below. Let a represent the normalized time advance and s represent the normalized frequency offset. The normalized estimated time advance and frequency offset obtained at the output of the ENC encoder are denoted â and ê. We denote by c(I’) the subset of training samples TR_SUB, V being the indices of the samples of the training subset c(Z’). Bold symbols are used for vectors.
[0158] En considérant un canal à bruit gaussien et le modèle analytique simplifié, il s'ensuit que l'estimateur de maximum de vraisemblance de l'avance temporelle a et du décalage de fréquence £ est exprimé par : [0158] Considering a Gaussian noise channel and the simplified analytical model, it follows that the maximum likelihood estimator of the time advance a and the frequency shift £ is expressed by:
(â,s) = arg min ||c(I') — ê(Z')||2 . (Éq. 4) a, s, A"
[0159] Dans l'équation ci-dessus, c(I’) représente le modèle analytique du signal de corrélation sans bruit en présence d'une avance temporelle a et d'un décalage de fréquence E pour les indices V comme défini dans l'Éq. 3. (â,s) = arg min ||c(I') — ê(Z')|| 2 . (Eq. 4) a, s, A" [0159] In the above equation, c(I') represents the analytical model of the correlation signal without noise in the presence of a time advance a and a frequency shift E for the indices V as defined in l 'Eq. 3.
[0160] Les estimations de maximum de vraisemblance â, ê sont définies comme les valeurs qui minimisent la distance (par rapport à la norme euclidienne ||-||) entre les échantillons de corrélation d'entrée c(I’) et les échantillons de corrélation sans bruit c(I’). En d'autres termes, les estimations â, ê sont sélectionnées de sorte que les échantillons de corrélation observés c(I’) soient les plus probables dans le cadre du modèle supposé. [0160] The maximum likelihood estimates â, ê are defined as the values which minimize the distance (with respect to the Euclidean norm ||-||) between the input correlation samples c(I') and the samples correlation without noise c(I'). In other words, the estimates â, ê are selected such that the observed correlation samples c(I’) are the most likely under the assumed model.
[0161] En outre, nous pouvons voir dans l'Éq. 3 que c(I') = A" ■ f l' , a, £) avec f(l', â, £) une fonction exprimée par :
[0161] Furthermore, we can see in Eq. 3 that c(I') = A" ■ fl', a, £) with f(l', â, £) a function expressed by:
[0162] En pratique, le coefficient A” est inconnu. Pour cette raison, il est intéressant de reformuler l'estimateur de maximum de vraisemblance dans l'Éq. 4 (de sorte qu'il ne fasse plus intervenir le coefficient 4") comme suit :
[0162] In practice, the coefficient A” is unknown. For this reason, it is interesting to reformulate the maximum likelihood estimator in Eq. 4 (so that it no longer involves the coefficient 4") as follows:
[0163] L'expression de l'Éq. 6 fournit les estimations de maximum de vraisemblance â et ê. Cependant, le calcul des estimations â et s à l'aide de cette expression dans les systèmes de communication est difficile. Par exemple, une recherche exhaustive par quadrillage peut être trop complexe pour être mise en oeuvre en temps réel. [0163] The expression of Eq. 6 provides the maximum likelihood estimates â and ê. However, calculating the â and s estimates using this expression in communication systems is difficult. For example, an exhaustive grid search may be too complex to be implemented in real time.
[0164] Par conséquent, il est proposé d'utiliser un réseau de neurones ENC pour approximer efficacement l'estimateur de maximum de vraisemblance de l'Éq. 6 et, ainsi, obtenir les estimations â et E. L'utilisation du réseau de neurones ENC permet une implémentation de faible latence et de faible complexité. [0164] Therefore, it is proposed to use an ENC neural network to efficiently approximate the maximum likelihood estimator of Eq. 6 and, thus, obtain the estimates â and E. The use of the ENC neural network allows an implementation of low latency and low complexity.
[0165] Selon ce mode de réalisation, l'entraînement du réseau de neurones ENC est basé sur l'expression de l'Éq. 6 en utilisant la fonction objectif LOS suivante :
[0165] According to this embodiment, the training of the ENC neural network is based on the expression of Eq. 6 using the following LOS objective function:
[0166] Selon ce mode de réalisation, la fonction objectif LOS à optimiser pendant l'entraînement est une fonction de coût à minimiser. En fait, l'optimisation de cette fonction objectif LOS correspond à la maximisation de la fonction de vraisemblance. [0166] According to this embodiment, the LOS objective function to be optimized during training is a cost function to be minimized. In fact, optimizing this LOS objective function corresponds to maximizing the likelihood function.
[0167] À titre indicatif, le graphique de la FIG. 8 fournit une illustration de la fonction objectif LOS L de l'Éq. 7 en fonction des estimations obtenues â et ê. Nous pouvons conclure du graphique de la FIG. 8, et plus généralement des résultats des simulations numériques, que la fonction objectif LOS L est une fonction convexe bien posée avec un seul minimum global.
[0168] Selon un mode de réalisation illustré par la FIG. 7, la fonction objectif LOS L peut être évaluée à l'aide d'un décodeur à partir du modèle analytique simplifié. Le décodeur est configuré pour évaluer f(l',â,E) à partir des estimations â et ê en utilisant l'expression de l'Éq. 5. [0167] For information purposes, the graph in FIG. 8 provides an illustration of the LOS L objective function of Eq. 7 based on the estimates obtained â and ê. We can conclude from the graph in FIG. 8, and more generally from the results of numerical simulations, that the objective function LOS L is a well-posed convex function with a single global minimum. [0168] According to an embodiment illustrated in FIG. 7, the objective function LOS L can be evaluated using a decoder from the simplified analytical model. The decoder is configured to evaluate f(l',â,E) from the estimates â and ê using the expression of Eq. 5.
[0169] Il convient de souligner que l'optimisation de la fonction objectif LOS L de l'Éq. 7 correspond à la minimisation de la distance ||c(Z') - c(I')||2 entre : c(I’) le sous-ensemble d'échantillons du signal de corrélation (i.e. un signal d'entrée) ; et c(I') le modèle analytique du signal de corrélation sans bruit pour une avance temporelle â et un décalage de fréquence ê (i.e. un signal de sortie reconstruit). Ainsi, ce mode de réalisation de la solution proposée exploite un réseau de neurones auto-encodeur. [0169] It should be emphasized that the optimization of the objective function LOS L of Eq. 7 corresponds to the minimization of the distance ||c(Z') - c(I')|| 2 between: c(I') the subset of samples of the correlation signal (ie an input signal); and c(I') the analytical model of the correlation signal without noise for a time advance â and a frequency offset ê (ie a reconstructed output signal). Thus, this embodiment of the proposed solution exploits an auto-encoder neural network.
[0170] Cependant, dans le cadre de l'invention, il pourrait également être envisagé d'utiliser d'autres procédés pour entraîner l'encodeur ENC, par exemple en utilisant une fonction de coût représentative de l'erreur entre l'avance temporelle a et le décalage de fréquence porteuse E et les estimations â et ê obtenues. [0170] However, in the context of the invention, it could also be envisaged to use other methods to drive the ENC encoder, for example by using a cost function representative of the error between the time advance a and the carrier frequency offset E and the estimates â and ê obtained.
[0171] Le sous-ensemble d'échantillons d'entraînement TR SUB peut être généré par ordinateur. Ainsi, le procédé pour entraîner l'estimateur EST peut comprendre une génération d'au moins un sous-ensemble d'échantillons d'entraînement TR_SUB. En particulier, de multiples sous-ensembles d'entraînement TR_SUB d'échantillons de corrélation peuvent être générés avec différentes valeurs d'avance temporelle a et de décalage de fréquence E, et des rapports signal sur bruit (SNR, en anglais : « signal-to-noise ratio »), et ensuite utilisés pour de multiples itérations d'entraînement. [0171] The subset of training samples TR SUB can be generated by computer. Thus, the method for training the EST estimator may comprise a generation of at least a subset of training samples TR_SUB. In particular, multiple training subsets TR_SUB of correlation samples can be generated with different values of time advance a and frequency offset E, and signal-to-noise ratios (SNR, in English: "signal- to-noise ratio"), and then used for multiple training iterations.
[0172] Selon un mode de réalisation particulier, la génération du sous-ensemble d'échantillons d'entraînement TR_SUB c(I’) comprend une évaluation du modèle analytique f(l’, a,E) et un ajout du bruit à celui-ci afin d'obtenir le sous-ensemble d'échantillons d'entraînement TR_SUB c(I’). Il convient de rappeler que la fonction f(l’, a, s) désigne un modèle analytique exprimant un signal de corrélation sans bruit. [0172] According to a particular embodiment, the generation of the subset of training samples TR_SUB c(I') includes an evaluation of the analytical model f(l', a,E) and an addition of noise to that -ci in order to obtain the subset of training samples TR_SUB c(I'). It should be remembered that the function f(l’, a, s) designates an analytical model expressing a correlation signal without noise.
[0173] Un exemple de mise en oeuyre du procédé d'entraînement proposé est à présent énoncé. Par exemple, le réseau de neurones ENC a été entraîné en utilisant un optimiseur Adam et 5000 sous-ensembles d'entraînement d'échantillons générés par simulation. Les sous-ensembles d'entraînement d'échantillons ont été générés avec différentes valeurs de a et E uniformément réparties dans la plage |a| < 3 et |E| < 1, et avec différentes valeurs de SNR allant de -10 dB à 20 dB. Ensuite, la solution proposée atteint, pour un signal de corrélation de test, une précision de 97 % pour l'estimation de l'avance temporelle a et de 92 % pour l'estimation du décalage de fréquence £ [0173] An example of implementing the proposed training method is now given. For example, the ENC neural network was trained using an Adam optimizer and 5000 training subsets of simulation-generated samples. The training subsets of samples were generated with different values of a and E uniformly distributed in the range |a| < 3 and |E| < 1, and with different SNR values ranging from -10 dB to 20 dB. Then, the proposed solution achieves, for a test correlation signal, a precision of 97% for the estimation of the time advance a and of 92% for the estimation of the frequency shift £
[0174] La FIG. 9A et la FIG. 9B illustrent des performances d'un procédé d'estimation d'une avance temporelle et/ou d'un décalage de fréquence selon des modes de réalisation de l'invention.
Les graphiques des FIG. 9A et 9B montrent la relation entre la qualité du canal (axe x) et la precision de l'avance temporelle TA et du décalage de fréquence porteuse CFO estimés (axe y). [0174] FIG. 9A and FIG. 9B illustrate the performance of a method for estimating a time advance and/or a frequency offset according to embodiments of the invention. The graphs of FIGS. 9A and 9B show the relationship between the channel quality (x axis) and the precision of the estimated time advance TA and carrier frequency offset CFO (y axis).
[0175] Précisément, le graphique de la FIG. 9A illustre la racine de l'erreur quadratique moyenne (RMSE, en anglais « root-mean square error ») de l'avance temporelle TA â estimée obtenue avec la solution proposée en fonction du SNR en dB. Le graphique de la FIG. 9B illustre la racine de l'erreur quadratique moyenne du décalage de fréquence porteuse CFO ê estimé obtenue avec la solution proposée en fonction du SNR en dB. [0175] Precisely, the graph in FIG. 9A illustrates the root mean square error (RMSE) of the estimated time advance TA â obtained with the proposed solution as a function of the SNR in dB. The graph in FIG. 9B illustrates the root mean square error of the estimated carrier frequency offset CFO ê obtained with the proposed solution as a function of the SNR in dB.
[0176] Afin d'évaluer la performance de la solution proposée, la racine de l'erreur quadratique moyenne des estimations â et ê sont comparées à la racine de leur borne de Cramer-Rao (CRLB, en anglais « Cramer-Rao Lower Bound ») respective. Il convient de rappeler que la borne de Cra- mer-Rao fournit la limite inférieure de la variance d'un estimateur sans biais, i.e. l'erreur quadratique moyenne minimale atteignable. [0176] In order to evaluate the performance of the proposed solution, the root of the mean square error of the estimates â and ê are compared to the root of their Cramer-Rao bound (CRLB, in English “Cramer-Rao Lower Bound ") respective. It should be remembered that the Cramer-Rao bound provides the lower limit of the variance of an unbiased estimator, i.e. the minimum achievable mean square error.
[0177] Nous considérons le modèle analytique précédemment exposé et un bruit gaussien complexe i^|2 à symétrie circulaire C/V(0, CT2), le SNR étant exprimé par p = . Il peut être montré en dérivant la borne de Cramer-Rao que les erreurs minimales atteignables ATmin (i.e. Aamin • Ts) et A5 min (i.e. AEmin • A M) pour les estimations de l'avance temporelle T et du décalage de fréquence Sf sont données par :
[0177] We consider the analytical model previously presented and a complex Gaussian noise i^|2 with circular symmetry C/V(0, CT 2 ), the SNR being expressed by p = . It can be shown by deriving the Cramer-Rao bound that the minimum achievable errors AT min (ie Aa min • T s ) and A5 min (ie AE min • A M ) for the estimates of the time advance T and the offset of frequency Sf are given by:
[0178] Comme illustré par les FIG. 9A et 9B, les racines des erreurs quadratiques moyennes des estimations â et ê obtenues avec la solution proposée pour l'avance temporelle TA et le décalage de fréquence CFO se rapprochent de leur erreur minimale atteignable respective. [0178] As illustrated by FIGS. 9A and 9B, the roots of the mean squared errors of the estimates â and ê obtained with the solution proposed for the time advance TA and the frequency offset CFO approach their respective minimum achievable error.
[0179] Comme discuté précédemment, la précision des solutions existantes pour l'estimation de l'avance temporelle est limitée à un multiple de la période d'échantillonnage. En revanche, la précision de la solution proposée n'est pas limitée à un multiple de la période d'échantillonnage et permet une estimation plus fine de l'avance temporelle (i.e. elle permet l'estimation d'une avance temporelle fractionnaire). Il convient de souligner que, par rapport à l'art antérieur, la solution proposée améliore sensiblement la précision de l'estimation pour l'avance temporelle TA et le décalage de fréquence porteuse CFO. [0179] As discussed previously, the precision of existing solutions for estimating the time advance is limited to a multiple of the sampling period. On the other hand, the precision of the proposed solution is not limited to a multiple of the sampling period and allows a finer estimation of the time advance (i.e. it allows the estimation of a fractional time advance). It should be emphasized that, compared to the prior art, the proposed solution significantly improves the precision of the estimation for the time advance TA and the carrier frequency offset CFO.
[0180] Plus généralement, il est supposé que l'estimateur proposé (à partir du critère de maximum de vraisemblance) est l'estimateur non biaisé à variance minimale et qu'il est, pour cette raison, optimal en termes de précision. En effet, les estimations de l'avance temporelle TA et du décalage de fréquence porteuse CFO sont sans biais (i.e. les valeurs des estimations sont en moyenne les vraies valeurs de ces paramètres) et atteignent leur CRLB à un SNR élevé (i.e. elles présentent la plus petite variance atteignable).
[0181] La FIG. 10 illustre un exemple d'architecture matérielle d'un système de communication selon des modes de réalisation de l'invention. [0180] More generally, it is assumed that the proposed estimator (based on the maximum likelihood criterion) is the unbiased estimator with minimum variance and that it is, for this reason, optimal in terms of precision. Indeed, the estimates of the time advance TA and the carrier frequency offset CFO are without bias (ie the values of the estimates are on average the true values of these parameters) and reach their CRLB at a high SNR (ie they present the smallest achievable variance). [0181] FIG. 10 illustrates an example of hardware architecture of a communication system according to embodiments of the invention.
[0182] Le premier dispositif de communication TX présente, selon un mode de réalisation, l'architecture matérielle d'un ordinateur. Comme le montre la FIG. 10, le premier dispositif de communication TX comprend au moins un processeur PROC_TX. Généralement, le processeur PROC_TX exécute des instructions pour réaliser les opérations du premier dispositif de communication TX et tout algorithme, procédé, fonction, processus, flux et procédure décrits dans la présente divulgation. [0182] The first TX communication device presents, according to one embodiment, the hardware architecture of a computer. As shown in FIG. 10, the first TX communication device comprises at least one PROC_TX processor. Generally, the PROC_TX processor executes instructions to carry out the operations of the first TX communication device and any algorithms, methods, functions, processes, flows and procedures described in the present disclosure.
[0183] Le premier dispositif de communication TX comprend également, selon un mode de réalisation, des moyens de communication COM_TX qui sont utilisés par le premier dispositif de communication TX pour communiquer notamment avec le deuxième dispositif de communication RX. Aucune limitation n'est attachée à la nature des interfaces de communication entre les dispositifs de communication TX et RX, qui peuvent être filaires ou non filaires, et mettre en oeuvre tout protocole connu de l'homme du métier (Ethernet, Wi-Fi®, Bluetooth®, 3G, 4G, 5G, 6G, etc.). [0183] The first TX communication device also comprises, according to one embodiment, COM_TX communication means which are used by the first TX communication device to communicate in particular with the second RX communication device. No limitation is attached to the nature of the communication interfaces between the TX and RX communication devices, which can be wired or non-wired, and implement any protocol known to those skilled in the art (Ethernet, Wi-Fi® , Bluetooth®, 3G, 4G, 5G, 6G, etc.).
[0184] Selon un mode de réalisation, le premier dispositif de communication TX comprend une mémoire MEM_TX qui constitue un support de stockage conforme à l'invention. La mémoire MEM_TX est lisible par le processeur PROC_TX et stocke un programme informatique PROG_TX conforme à l'invention, contenant des instructions pour effecteur les étapes mises en oeuvre par le premier dispositif de communication TX d'un procédé conforme à l'invention. [0184] According to one embodiment, the first TX communication device comprises a MEM_TX memory which constitutes a storage medium according to the invention. The memory MEM_TX can be read by the processor PROC_TX and stores a computer program PROG_TX in accordance with the invention, containing instructions for carrying out the steps implemented by the first communication device TX of a method in accordance with the invention.
[0185] Le deuxième dispositif de communication RX présente, selon un mode de réalisation, l'architecture matérielle d'un ordinateur. Comme le montre la FIG. 10, le deuxième dispositif de communication RX comprend au moins un processeur PROC_RX. Généralement, le processeur PROC_RX exécute des instructions pour réaliser les opérations du deuxième dispositif de communication RX et tout algorithme, procédé, fonction, processus, flux et procédure décrits dans la présente divulgation. [0185] The second RX communication device presents, according to one embodiment, the hardware architecture of a computer. As shown in FIG. 10, the second RX communication device comprises at least one PROC_RX processor. Generally, the PROC_RX processor executes instructions to carry out the operations of the second RX communication device and any algorithms, methods, functions, processes, flows and procedures described in the present disclosure.
[0186] Le deuxième dispositif de communication RX comprend également, selon un mode de réalisation, des moyens de communication COM_RX qui sont utilisés par le deuxième dispositif de communication RX pour communiquer en particulier avec le premier dispositif de communication TX. [0186] The second RX communication device also comprises, according to one embodiment, COM_RX communication means which are used by the second RX communication device to communicate in particular with the first TX communication device.
[0187] Selon un mode de réalisation, le deuxième dispositif de communication RX comprend une mémoire MEM_RX qui constitue un support de stockage conforme à l'invention. La mémoire MEM_RX est lisible par le processeur PROC_RX et stocke un programme informatique PROG_RX conforme à l'invention, contenant des instructions pour effectuer les étapes, mises en oeuvre par le deuxième dispositif de communication RX, d'un procédé conforme à l'invention.
[0187] According to one embodiment, the second RX communication device comprises a MEM_RX memory which constitutes a storage medium according to the invention. The memory MEM_RX can be read by the processor PROC_RX and stores a computer program PROG_RX in accordance with the invention, containing instructions for carrying out the steps, implemented by the second communication device RX, of a method in accordance with the invention.
Claims
Revendications Procédé d'estimation de paramètres comprenant une avance temporelle (TA) et un décalage de fréquence (CFO) entre un premier dispositif de communication (TX) et un deuxième dispositif de communication (RX), ledit procédé étant mis en oeuvre par le deuxième dispositif de communication (RX) et comprenant : une estimation (S422) desdits paramètres (TA, CFO) à partir d'un sous-ensemble (SUB) d'échantillons d'un signal de corrélation (COR), ledit signal de corrélation (COR) étant basé sur un signal reçu (RCD) du premier dispositif de communication (TX) et un signal de référence (REF), l'avance temporelle (TA) et le décalage de fréquence (CFO) étant obtenus conjointement lors de ladite estimation (S422), et dans lequel ledit sous-ensemble (SUB) comprend un ou plusieurs groupes (G1-G3) disjoints comprenant respectivement : de multiples échantillons consécutifs du signal de corrélation (COR) dont un pic de corrélation (CPK1-CPK3), un desdits groupes (Gl) comprenant un pic de corrélation d'amplitude maximale (CPK1) du signal de corrélation (COR), et lesdits groupes (G1-G3) comprenant un même nombre prédéfini d'échantillons dont les indices sont fonction de l'indice (LP) dudit pic de corrélation d'amplitude maximale (CPK1). Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdits paramètres (TA, CFO) sont estimés (S422) à partir de phases et d'amplitudes des échantillons dudit sous-ensemble (SUB). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel ledit sous-ensemble (SUB) d'échantillons comprend trois groupes (G1-G3) disjoints d'échantillons consécutifs du signal de corrélation (COR). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit nombre prédéfini d'échantillons consécutifs respectivement compris dans lesdits groupes (G1-G3) est égal à 3, 5, ou 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits groupes (G1-G3) comprennent respectivement un dit pic de corrélation (CPK1-CPK3) dont l'indice vérifie : Claims Method for estimating parameters comprising a time advance (TA) and a frequency offset (CFO) between a first communication device (TX) and a second communication device (RX), said method being implemented by the second communication device (RX) and comprising: an estimation (S422) of said parameters (TA, CFO) from a subset (SUB) of samples of a correlation signal (COR), said correlation signal ( COR) being based on a received signal (RCD) from the first communication device (TX) and a reference signal (REF), the time advance (TA) and the frequency offset (CFO) being obtained jointly during said estimation (S422), and in which said subset (SUB) comprises one or more disjoint groups (G1-G3) respectively comprising: multiple consecutive samples of the correlation signal (COR) including a correlation peak (CPK1-CPK3), one of said groups (Gl) comprising a correlation peak of maximum amplitude (CPK1) of the correlation signal (COR), and said groups (G1-G3) comprising the same predefined number of samples whose indices are a function of the index (LP) of said maximum amplitude correlation peak (CPK1). Method according to claim 1, wherein said parameters (TA, CFO) are estimated (S422) from phases and amplitudes of the samples of said subset (SUB). Method according to any one of claims 1 to 2, wherein said subset (SUB) of samples comprises three disjoint groups (G1-G3) of consecutive samples of the correlation signal (COR). Method according to any one of claims 1 to 3, wherein said predefined number of consecutive samples respectively included in said groups (G1-G3) is equal to 3, 5, or 7. Method according to any one of claims 1 to 4, in which said groups (G1-G3) respectively comprise a said correlation peak (CPK1-CPK3) whose index verifies:
Z = (zp + kü)N , où : lp désigne l'indice (LP) dudit pic de corrélation d'amplitude maximale (CPK1) du signal de corrélation (COR) ; k e TL ; (-)N désigne l'opération modulo-ZV avec ZV la longueur du signal de référence (REF) ; et û est un entier tel que 0 < ü < N.
Z = (z p + kü) N , where: l p designates the index (LP) of said correlation peak of maximum amplitude (CPK1) of the correlation signal (COR); ke TL; (-) N designates the modulo-ZV operation with ZV the length of the reference signal (REF); and û is an integer such that 0 < ü < N.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel lesdits paramètres (TA, CFO) sont estimés (S422) en utilisant un réseau de neurones (ENC) prenant en entrée ledit sous- ensemble (SUB) d'échantillons et fournissant en sortie lesdits paramètres (TA, CFO). 6. Method according to any one of claims 1 to 5, in which said parameters (TA, CFO) are estimated (S422) using a neural network (ENC) taking as input said subset (SUB) of samples and providing output of said parameters (TA, CFO).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant un affinement (S430), à partir d'un dit paramètre (TA) estimé, d'une avance temporelle approximative estimée en utilisant l'indice (LP) dudit pic de corrélation d'amplitude maximale (CPK1). 7. Method according to any one of claims 1 to 6, comprising a refinement (S430), from a said parameter (TA) estimated, of an approximate temporal advance estimated using the index (LP) of said peak maximum amplitude correlation (CPK1).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant une égalisation de signaux reçus du premier dispositif de communication (TX) à partir d'au moins un dit paramètre (TA, CFO) estimé. 8. Method according to any one of claims 1 to 7, comprising an equalization of signals received from the first communication device (TX) based on at least one said parameter (TA, CFO) estimated.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le premier dispositif (TX) et/ou le deuxième dispositif (RX) de communication sont conformes aux normes 4G et/ou 5G. 9. Method according to any one of claims 1 to 8, wherein the first device (TX) and/or the second communication device (RX) comply with 4G and/or 5G standards.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les signaux reçus du premier dispositif de communication (TX) sont conformes aux normes 4G et/ou 5G. 10. Method according to any one of claims 1 to 9, wherein the signals received from the first communication device (TX) comply with 4G and/or 5G standards.
11. Procédé d'entraînement d'un estimateur (EST) de paramètres comprenant une avance temporelle (TA) et un décalage de fréquence (CFO) entre un premier dispositif de communication (TX) et un deuxième dispositif de communication (RX), ledit estimateur (EST) comprenant un réseau de neurones (ENC), ledit procédé comprenant : une obtention de paramètres estimés comprenant une avance temporelle (TA) et un décalage de fréquence (CFO) en fournissant audit estimateur (EST) un sous-ensemble d'échantillons (TR_SUB) d'un signal de corrélation d'entraînement (TR_COR), l'avance temporelle (TA) et le décalage de fréquence (CFO) estimés étant obtenus conjointement ; une évaluation d'une fonction objectif (LOS) à partir du sous-ensemble d'échantillons d'entraînement (TR_SUB) et desdits paramètres (TA, CFO) estimés ; et une mise à jour dudit estimateur (ENC) pour optimiser la fonction objectif (LOS), et dans lequel ledit sous-ensemble d'entraînement (TR_SUB) comprend un ou plusieurs groupes (GIGS) disjoints comprenant respectivement : de multiples échantillons consécutifs du signal de corrélation (COR) dont un pic de corrélation (CPK1-CPK3), un desdits groupes (Gl) comprenant un pic de corrélation d'amplitude maximale (CPK1) du signal de corrélation d'entraînement (TR_COR), et lesdits groupes (G1-G3) comprenant un même nombre prédéfini d'échantillons dont les indices sont fonction de l'indice (LP) dudit pic de corrélation d'amplitude maximale (CPK1). 11. Method for training an estimator (EST) of parameters comprising a time advance (TA) and a frequency offset (CFO) between a first communication device (TX) and a second communication device (RX), said estimator (EST) comprising a neural network (ENC), said method comprising: obtaining estimated parameters comprising a time advance (TA) and a frequency offset (CFO) by providing said estimator (EST) with a subset of samples (TR_SUB) of a training correlation signal (TR_COR), the estimated time advance (TA) and frequency offset (CFO) being obtained jointly; an evaluation of an objective function (LOS) from the subset of training samples (TR_SUB) and said estimated parameters (TA, CFO); and an update of said estimator (ENC) to optimize the objective function (LOS), and wherein said training subset (TR_SUB) comprises one or more disjoint groups (GIGS) comprising respectively: multiple consecutive samples of the signal correlation peak (COR) including a correlation peak (CPK1-CPK3), one of said groups (Gl) comprising a correlation peak of maximum amplitude (CPK1) of the training correlation signal (TR_COR), and said groups (G1 -G3) comprising the same predefined number of samples whose indices are a function of the index (LP) of said maximum amplitude correlation peak (CPK1).
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la fonction objectif (LOS) est exprimée par :
où : c(l’) est le sous-ensemble d'échantillons d'entraînement (TR_SUB) ; l' désigne les indices des échantillons de c(l’) ; â et ê désignent une avance temporelle (TA) et un décalage de fréquence (CFO) estimés par ledit estimateur (EST) à partir de c(i’) ; et f(l', â, £) désigne une fonction de l’, a. et ê. 12. Method according to claim 11, in which the objective function (LOS) is expressed by: where: c(l') is the subset of training samples (TR_SUB); l' designates the indices of the samples of c(l'); â and ê designate a time advance (TA) and a frequency offset (CFO) estimated by said estimator (EST) from c(i'); and f(l', â, £) denotes a function of l', a. summer.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la fonction f(l',â,E) est représentative d'un modèle analytique exprimant un sous-ensemble d'échantillons d'un signal de corrélation sans bruit. 13. Method according to claim 12, in which the function f(l',â,E) is representative of an analytical model expressing a subset of samples of a correlation signal without noise.
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel ledit sous-ensemble d'échantillons d'entraînement (TR_SUB) c(l’) est généré : en utilisant des simulations d'un système de communication (SYS) comprenant le premier dispositif (TX) et le deuxième dispositif (RX) ; ou en ajoutant du bruit à des échantillons exprimés par le modèle analytique f l', a, £), a et E désignant une avance temporelle (TA) et un décalage de fréquence (CFO). 14. Method according to claim 13, wherein said subset of training samples (TR_SUB) c(l') is generated: using simulations of a communication system (SYS) comprising the first device (TX ) and the second device (RX); or by adding noise to samples expressed by the analytical model f l', a, £), a and E designating a time advance (TA) and a frequency offset (CFO).
15. Dispositif de communication (RX), comprenant au moins un processeur (PROC_RX) et une mémoire (MEM_RX) sur laquelle est stocké un programme (PROG_RX) pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14. 15. Communication device (RX), comprising at least one processor (PROC_RX) and a memory (MEM_RX) on which a program (PROG_RX) is stored for implementing the method according to any one of claims 1 to 14.
16. Système de communication (SYS), comprenant : un premier dispositif de communication (TX), comprenant au moins un processeur (PROC_TX) et une mémoire (MEM_TX) sur laquelle est stocké un programme (PROG_TX) pour mettre en oeuvre un procédé comprenant une transmission d'un préambule (PR) généré à partir d'un signal de référence (REF) ; et un deuxième dispositif de communication (RX) selon la revendication 15. 16. Communication system (SYS), comprising: a first communication device (TX), comprising at least one processor (PROC_TX) and a memory (MEM_TX) on which a program (PROG_TX) is stored for implementing a method comprising a transmission of a preamble (PR) generated from a reference signal (REF); and a second communication device (RX) according to claim 15.
17. Programme d'ordinateur (PROG_RX) comprenant des instructions qui, lorsque le programme (PROG_RX) est exécuté par au moins un processeur (PROC_RX), conduisent ledit au moins un processeur (PROC_RX) à mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14. 17. Computer program (PROG_RX) comprising instructions which, when the program (PROG_RX) is executed by at least one processor (PROC_RX), lead said at least one processor (PROC_RX) to implement the method according to one any of claims 1 to 14.
18. Support d'informations lisible par ordinateur (MEM_RX) sur lequel est stocké le programme informatique (PROG_RX) selon la revendication 17.
18. Computer-readable information carrier (MEM_RX) on which the computer program (PROG_RX) according to claim 17 is stored.
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PCT/FR2023/051606 WO2024084159A1 (en) | 2022-10-17 | 2023-10-16 | Method for estimating at least one parameter from among a timing advance and a frequency offset between first and second communication devices |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6219345B1 (en) * | 1998-09-30 | 2001-04-17 | Conexant Systems, Inc. | Timing estimation in mobile communication systems using parabolic interpolator |
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- 2022-10-17 FR FR2210682A patent/FR3141024A1/en active Pending
-
2023
- 2023-10-16 WO PCT/FR2023/051606 patent/WO2024084159A1/en unknown
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6219345B1 (en) * | 1998-09-30 | 2001-04-17 | Conexant Systems, Inc. | Timing estimation in mobile communication systems using parabolic interpolator |
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Title |
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VUKAN NINKOVIC ET AL: "Deep Learning Based Packet Detection and Carrier Frequency Offset Estimation in IEEE 802.11ah", ARXIV.ORG, CORNELL UNIVERSITY LIBRARY, 201 OLIN LIBRARY CORNELL UNIVERSITY ITHACA, NY 14853, 21 July 2021 (2021-07-21), XP081999258, DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3096853 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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