FR2680061A1 - Procede d'emission d'un signal numerise selon une modulation multiporteuse de type ofdm, emetteur et recepteur pour la mise en óoeuvre dudit procede. - Google Patents

Procede d'emission d'un signal numerise selon une modulation multiporteuse de type ofdm, emetteur et recepteur pour la mise en óoeuvre dudit procede. Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un procédé d'émission d'un signal numérisé selon une modulation multiporteuse de type OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) utilisant N canaux orthogonaux. Conformément à la présente invention, les canaux sont divisés en deux, N/2 canaux correspondant à une première bande de fréquence étant transmis par une première voie (3A, 4A, 5A, 6A, 7A) d'émission selon une première polarisation et les N/2 canaux restant étant ramenés dans la même bande de fréquence et transmis par une deuxième voie (3B, 4B, 5B, 6B, 7B) d'émission selon une seconde polarisation croisée par rapport à la première. Application notamment à la télévision haute définition numérique.

Description

PROCEDE D'OMISSION D'UN SIGNAL NUMERISE
SELON UNE MODULATION MULTIPORTEUSE DE TYPE
ON)M, METTEUR ET RECEPTEUR POUR LA MISE
EN OEUVRE DUDIT PROCEDE
La présente invention concerne un procédé d 'émission d'un signal numérisé selon une modulation multiporteuse de type
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing en langue anglaise) utilisant N canaux orthogonaux. La présente invention concerne aussi un émetteur et un récepteur pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Dans la demande de brevet international PCT/FR 89/00546 déposée au nom de THOMSON-CSF, l'on a décrit un procédé d'émission particulièrement performant utilisant une modulation multiporteuse de type OFDM permettant d'émettre, avec une haute densité, un signal numérisé. Dans le procédé d'émission décrit, on utilise une pluralité de fréquences orthogonales et on émet un couple (amplitude-phase) ou (partie réelle - partie imaginaire) sur chaque fréquence, le couple amplitude-phase ou partie?? réelle - partie imaginaire étant équivalent de façon bi-univoque à l'information à transmettre.
D'autre part, pour récupérer au niveau du récepteur les informations transmises selon ce procédé en tenant compte des échos muitiples, on utilise différentes techniques telles que l'association à l'intervalle utile d'émission d'un intervalle de transition ou intervalle de garde, l'ut{lisation de signaux de synchronisation et surtout l'utilisation de paquets-test qui à la réception permettent d'effectuer l'égalisation des canaux.
Toutefois, lorsque l'on veut utiliser un nombre N de canaux très important, par exemple 1024 canaux, l'on a dans ce cas une occupation spectrale très importante. En effet, la bande de fréquence utilisée est d'au moins 16 MHz. Ceci pose un certain nombre de problèmes au niveau, par exemple, de la fréquence de fonctionnement des circuits de traitement des signaux.
La présente invention a pour but de proposer un nouveau procédé d'émission d'un signal numérisé selon une modulation multiporteuse de type OFDM qui permet de réduire la bande de fréquence utilisée.
La présente invention a aussi pour but de proposer un procédé d'émission d'un signal numérisé selon une modulation multiporteuse de type OFDM utilisant N canaux orthogonaux qui peut être utilisé aussi bien avec une modulation du type de celle décrite dans la demande de brevet international PCT/FR 89/00546 qu'avec d'autres modulations multiporteuses de type
OFDM.
En conséquence, la présente invention a pour objet un procédé d'émission d'un signal numérisé selon une modulation multiporteuse de type OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing) utilisant N canaux orthogonaux, caractérisé en ce que les canaux sont divisés en deux, N/2 canaux correspondant à une première bande de fréquence étant transmis par une première voie d'émission selon une première polarisation et les
N/2 canaux restant étant ramenés dans la même bande de fréquence et transmis par une deuxième voie d'émission selon une seconde polarisation croisée par rapport à la première.
En utilisant ce nouveau procédé d'émission, il est possible d'avoir un nombre beaucoup pulls important de canaux pour une même bande de fréquence. D'autre part, l'indépendance entre canaux est réalisée du fait que chaque canal est orthogonal aux autres canaux. De ce fait, le maximum d'amplitude d'un canal correspond au zéro de tous les autres canaux comme expliqué dans la demande PCT mentionnée ci-dessus. En conséquence, s'il y a un couplage entre les deux polarisations transportant chacune la moitié des canaux, au décodage, son influence sur les canaux est minimisée.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, le signal numérisé émis sur chaque voie comporte périodiquement des paquets-test permettant à la réception d'égaliser le canal de transmission.
Cette caractéristique permet de compenser notamment l'atténuation d'une polarisation par rapport à l'autre, du moment que les variations de conditions de propagation d'une polarisation soient plus lentes qu'un cycle d'égalisation.
Selon un mode de réalisation particulier, on émet deux paquets-test successifs par voie et les paquets-test sont choisis de telle sorte que
Figure img00030001
La présente invention concerne aussi un émetteur pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte principalement un circuit de calcul de transformée de
Fourier rapide inverse (FFT 1) pour N échantillons, une première voie de transmission pour N/2 échantillons et une seconde voie de transmission pour les N/2 échantillons restant, les deux voies permettant une transmission dans une même bande de fréquence mais avec des polarisations croisées.
La présente invention a encore pour objet un récepteur pour recevoir dus signaux émis selon le procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte deux voies de réception pouvant recevoir chacune les signaux correspondant à
N/2 échantillons, émis dans une même bande de fréquence mais avec des polarisations croisées et un circuit de calcul de transformée de Fourier rapide (FFT) permettant de traiter N échantillons ou, selon une variante de réalisation, un circuit de calcul de transformée de Fourier rapide (FFT) permettant de traiter N/2 échantillons connecté en sortie de chaque voie et un circuit de couplage des deux circuits de calcul de transformée de Fourier rapide (FFT).
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description faite ci-après de différents modes de réalisation, cette description étant faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma synoptique d'un émetteur pour la mise en oeuvre du procédé d'émission conforme à la présente invention - la figure 2 est un schéma synoptique d'un récepteur pour la réception de signaux émis selon le procédé conforme à la présente invention - la figure 3 est un schéma synoptique simplifié expliquant le choix des paquets-test, et - la figure 4 est un schéma synoptique simplifié d'un autre mode de réalisation de la chaine de transmission conformément à la présente invention.
L'émetteur et le récepteur décrits ci-après sont des circuits utilisés pour émettre et recevoir des signaux numérisés en utilisant une modulation multiporteuse de type OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing en langue anglaise) utilisant N canaux orthogonaux. Dans ce cas et comme décrit dans la demande de brevet PCT mentionnée ci-dessus, le signal numérisé est découpé en une succession de paquets. La partie utile du signal est donc constituée de N signaux sinusoïdaux modulés chacun en amplitude et en phase. Dans le cadre du brevet PCT décrit ci-dessus;, pour prendre en compte les trajets multiples dûs aux échos et déterminer pins facilement le signal utile, on définit un intervalle de transition ou intervalle de garde correspondant au début du paquet suivi de la partie utile du signal qui seule sera exploitée en réception. Pour réaliser la modulation en amplitude et en phase, on utilise de façon connue une constellation dans le plan complexe. Comme mentionné dans la demande de brevet citée, plusieurs types de constellations peuvent être choisis, à savoir des constellations rectangulaires, hexagonales, circulaires. Ainsi, comme représenté sur la figure 1, le train binaire issu d'un codeur non représenté et correspondant au signal numérisé à transmettre est envoyé en entrée d'une carte de conversion constellation 1 qui fait la correspondance entre les bits d'entrée regroupés par N et les points de la constellation qui sont attribués à chaque sous-porteuse.C'est au niveau du circuit de conversion-constellation que sont aussi insérés, dans le signal à transmettre, des informations de synchronisation ainsi que des paquets-test qui seront décrits ultérieurement et qui sont utilisés pour l'égalisation du canal. Ce paquet-test inséré à la place d'un paquet véhiculant de l'information sert à la réception par comparaison avec un paquet de référence à déterminer des coefficients de correction à appliquer au paquet utile suivant. Ceci permet de réaliser l'égalisation du canal.
Les données en sortie du circuit 1 sont envoyées sur un circuit de calcul de transformée de Fourier rapide inverse (FET 1) 2 . Le circuit de calcul de Transformée de Fourier inverse a été décrit dans la demande de brevet PCT/FR 89/00546 à laquelle on se référera pour une description plus complète de son fonctionnement. Le circuit 2 permet de réaliser la modulation de N canaux à l'émission, par exemple de 1024 canaux en 72 microsecondes, dans le cas notamment où l'on souhaite transmettre des émissions de télévision.
Conformément à la présente invention, pour limiter la bande passante qui dans le cas de 1024 canaux doit être de 16
MHz, on propose dans la ^ présente invention de séparer les canaux en deux et d'envoyer les 512 premiers canaux sur une première voie de transmission et les 512 derniers canaux sur une deuxième voie de transmission. Comme représenté sur la figure 1, chaque voie de transmission comporte essentiellement un circuit de mise en forme 3A, 3B, un convertisseur numérique-analogique 4A,4B, un circuit de transposition de la fréquence en bande de base en fréquence intermédiaire SA, 5B et un émetteur proprement dit 6A, 6B envoyant le signal à transmettre sur une antenne 7A,7B.
De manière plus détaillée, les circuits de mise en forme 3A, 3B servent à mettre les données issues du circuit 2 de calcul de Transformée de Fourier rapide inverse (FET 1) au format exploitable par le circuit de conversion numérique-analogique et à rajouter l'intervalle de transition ou intervalle de garde lorsqu'on utilise un procédé d'émission avec un intervalle de garde, comme décrit dans la demande de brevet ci-dessus mentionnée. Les données issues des circuits de mise en forme 3A, 3B sont envoyées sur un convertisseur numérique-analogique 4A ou 4B commandé par une fréquence d'échantillonnage F et qui permet d'obtenir un signal analogique qui pourra être modulé.Les circuits de transposition 5A et 5B ont pour but de transformer la fréquence du signal analogique en une fréquence intermédiaire qui pourra être exploitée par l'émetteur. D'autre part, le circuit de transposition 5B permet de ramener la fréquence du signal analogique de cette voie dans la même bande de fréquence que le signal transmis par la première voie. Ces signaux issus des deux circuits de transposition 5A et 5B sont envoyés chacun sur un émetteur proprement dit GA ,6B de type classique qui envoit le signal sur une antenne 7A et 7B.
Conformément à la présente invention, les antennes 7A et 7B émettent le signal selon des polarisations croisées. Ainsi par exemple, le signal envoyé par l'antenne 7A est émis avec une polarisation horizontale tandis que le signal envoyé par l'antenne 7B est émis avec ne polarisation verticale, ces deux signaux étant émis dans la même bande de Fréquence.
On décrira maintenant, plus particulièrement avec référence à la figure 2, un mode de réalisation d'un récepteur permettant de recevoir un signal émis selon le procédé décrit ci-dessus. Ce récepteur comporte deux voies de réception en parallèle, constituées chacune d'une antenne 10A, lOB, d'un récepteur 11A > 11B, d'un circuit de transposition fréquence intermédiaire en bande de base 1 et fréquence intermédiaire en bande de base 2 ,respectivement 12A, 12B, d'un convertisseur analogique-numérique 13A, 13B. Les sorties des deux convertisseurs analogiques-numériques sont envoyées à travers un additionneur 14 en entrée d'un circuit de synchronisation paquet 15 et du circuit de démodulation 16 qui sera décrit de manière plus détaillée ci-après.Les antennes 10A et 10B sont des antennes à polarisation croisée, permettant de recevoir les signaux émis par les deux antennes 7A et 7B à polarisation croisée. Les récepteurs 11A et 11B sont des récepteurs de type classique qui n'ont pas besoin d'être détaillés ici. Les circuits de transposition 12A et 12B permettent de passer de la fréquence intermédiaire dans laquelle sont émis les signaux en bande de base 1 pour la première voie de réception et en bande de base 2 pour la seconde voie de réception. Les circuits de transposition sont constitués essentiellement par un mélangeur recevant sur une de ses entrées un signal à la fréquence de transposition issu d'un oscillateur. Les convertisseurs analogique-numérique 13A, 13B permettent de transformer à la fréquence d'échantillonnage F2 le signal analogique en un signal numérique.Ces deux signaux sont additionnés dans un additionneur 14 avant d'être envoyés sur la partie démodulation du système qui est identique à celle décrite dans la demande de brevet PCT citée ci-dessus. Comme représenté sur la figure 2, cette partie démodulation comporte un circuit de synchro-paquets 15 dont le but est de réaliser la découpe temporelle du signal en paquets afin de ne fournir à un circuit de calcul de la
Transformée de Fourier rapide (FFT) 16 que la partie utile des paquets en utilisant les informations de synchronisation transmise avec le signal. Cette partie comporte aussi en sortie du circuit de calcul de la Transformée de Fourier rapide (FFT) 16, un circuit 17 de détection des paquets-test envoyant des informations vers un circuit de correction 19 et un circuit d'égalisation 18 chargé des calculs des coefficients de correction qui émet vers le circuit de correction 19 un signal de correction pour chaque paquet. Les éléments issus du circuit de correction sont envoyés vers un interface 20 qui transforme les informations reçues en un train binaire émis sur la ligne 21. L'utilisation de paquets-test permet de réaliser l'égalisation et de remédier à ltatténuation qui peut exister entre les deux polarisations.
On décrira maintenant avec référence à la figure 3 un mode de calcul de la valeur des paquets-test à envoyer pour réaliser une égalisation correcte des canaux en tenant compte d'un couplage d'émission, de transmission et de réception.
Comme représenté sur la figure 3, en sortie du circuit (FFT ) 2, on émet sur chaque voie respectivement le signal R(n) et le signal I(n) qui correspondent à la partie réelle et à la partie imaginaire.
Si l'on prend en compte les couplages qui se produisent respectivement au niveau du circuit 2 et au niveau des antennes 7A et 7B, I'on a en émission, une fois le régime stationnaire atteint, les équations suivantes Couplage FFT
où
Figure img00080001
Couplage antenne
Figure img00080002
L'on émet donc par l'intermédiaire de l'antenne 7A, le signaux R' (n) et par l'intermédiaire de l'antenne 7B, les signaux I' (n). Sur les antennes de réception îOA et 10B, on reçoit des signaux respectivement R" (n) et I" (n) qui tiennent compte des couplages et des échos multiples.Ces signaux sont donnés par les équations suivantes
Figure img00090001

soit en passant en fréquence
Figure img00090002

que l'on peut écrire sous la forme suivante en posant par exemple
Figure img00090003
A la réception, ces couplages au niveau des antennes 10A, 10B et au niveau du circuit de calcul de Transformée de
Fourier rapide 16 peuvent être représentés par les équations suivantes
- Couplage antennes
r"' (q) = r"(q) + KIR i" (q)
i"' (q) = RI r" (q) + i"(q)
- Couplage FFT
a'(q) = r"' (q) + Ji"' (q)
b'(q) = r"' (q) - ji"' (q)
Ainsi en sortie de la FFT 16, l'ensemble peut être
réécrit sous forme matricielle de la manière ci-après
Figure img00100001

soit en prenant la matrice inverse
Figure img00100002
D'autre part, en sortie du circuit d'égalisation, on obtient les signaux â(q), b(q). Ces signaux sont tels que
Figure img00100003
Or, avec l'égalisation, on récupère des signaux, tels que
Figure img00110001
Il faut donc estimer la matrice
Figure img00110002
Conformément à la présente invention, pour estimer cette matrice, on émet deux paquets-test par voie, soit
Figure img00110003
On pose
Figure img00110004
Figure img00120001
On choisit alors les paquets-test de façon que
Figure img00120002
On a alors
Figure img00120003
Figure img00130001
Ainsi, avec un choix spécifique des paquets-test, il est possible de récupérer facilement les signaux émis avec une polarisation croisée dans une même bande de fréquence lorsqu'il s'agit d'une modulation de type OFDM.
Selon un autre mode de réalisation représenté à la figure 4, on peut utiliser en réception deux circuits de calcul de Transformée de Fourier rapide 22A, 22B. Chaque circuit est prévu sur une voie de=, réception et donne en sortie respectivement des signaux r"' (q) et i"' (q). Dans ce cas, il faut recréer le couplage entre les parties réelles - parties imaginaires et les trains d'onde représentés par les signaux a'(q), b'(q). Ceci est réalisé par le circuit de couplage 23 qui
effectue l'opération suivante
Figure img00130002
Dans ce cas aussi, on peut écrire
Figure img00140001

où la matrice
Figure img00140002
est la même que précédemment.
Les figures 3 et 4 ont été décrites en se référant au cas où l'on émet les parties imaginaires sur une voie et les parties réelles sur une autre voie. Toutefois, l'invention s'applique aussi au cas où l'on sépare simplement en deux les signaux, les N/2 premiers étant émis sur une voie et les N/2 derniers sur l'autre voie.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Procédé d'émission d'un signal numérisé selon une modulation multiporteuse de type OFDM (Orthogonal Frequency
Division Multiplexing) utilisant N canaux orthogonaux, caractérisé en ce que les canaux sont divisés en deux, N/2 canaux correspondant à une première bande de fréquence étant transmis par une première voie d'émission selon une première polarisation et les N/2 canaux restant étant ramenés dans la même bande de fréquence et transmis par une deuxième voie d'émission selon une seconde polarisation croisée par rapport à la première.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal numérisé émis sur chaque voie comporte périodiquement des paquets-test permettant à la réception d'égaliser le canal de transmission.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on émet deux paquets-test successifs par voie.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les paquets-test sont choisis de telle sorte que
Figure img00150001
5. Emetteur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte principalement un circllit de transformée de -1
Fourier rapide inverse (FFT ) pour N échantillons, une première voie de transmission pour N/2 échantillons et une seconde voie de transmission pour les N/2 échantillons restant, les deux voies permettant une transmission dans une même bande de fréquence mais avec des polarisations croisées.
6. Emetteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque voie comporte au moins un convertisseur numérique-analogique, un circuit de transposition de fréquence, un émetteur proprement dit et une antenne d'émission, chaque antenne émettant selon une polarisation spécifique.
7. Récepteur pour recevoir des signaux émis selon le procédé des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu '11 comporte deux voies de réception pouvant recevoir chacune les signaux correspondant à N/2 échantillons, émis dans une même bande de fréquence mais avec des polarisations croisées et un circuit de transformée de Fourier rapide (FET) permettant de traiter N échantillons.
8 Récepteur pour recevoir des signaux émis selon le procédé des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte deux voies de réception pouvant recevoir chacune les signaux correspondant à N/2 échantillons émis dans une même bande de fréquence mais avec des polarisations croisées, un circuit de transformée de Fourier rapide (FFT) permettant de traiter N/2 échantillons en sortie de chaque voie et un circuit de couplage des deux circuits de transformée de Fourier rapide (FFT).
9. Récepteur selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que chaque voie de réception comporte au moins une antenne recevant selon une polarisation spécifique, un récepteur proprement dit, un circuit de transposition de fréquence et un convertisseur analogique-numérique.
10. Récepteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qll'il comporte de plus des moyens pour reconnaître les paquets-test.
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