FR2797726A1 - Dispositif de reception d'un signal radioelectrique de telephonie mobile, emis en utilisant un acces cdma, et son procede de fonctionnement - Google Patents

Abstract

Pour supprimer, ou tout du moins fortement réduire, un phénomène d'interférence entre symboles dans un signal émis selon une norme UMTS ou IMT2000, on réalise, après une fonction d'estimation d'un symbole, une fonction d'égalisation. La valeur du signal ainsi obtenu après l'opération d'égalisation est ensuite utilisée dans une opération de décision afin de déterminer quelle est la valeur la plus probable de ce symbole. On place ainsi en sortie d'un récepteur (20) de type RAKE un égaliseur (49). Avec cet égaliseur, on s'affranchit de l'interférence entre symboles résiduelle dans le signal reçu dans un téléphone (1) mobile et/ ou une station (4) de base. On met en oeuvre cette fonction d'égalisation aussi bien dans le téléphone mobile que dans la station de base.

Description

Dispositif de réception d'un signal radioélectrique de téléphonie mobile, émis en utilisant un accès CDMA, et son procédé de fonctionnement. La présente invention a pour objet un dispositif de réception d'un signal radioélectrique de téléphonie mobile, émis en utilisant un accès CDMA. Elle a aussi pour objet un procédé de fonctionnement associé. Elle s'applique ainsi aux signaux émis à travers un canal de propagation en utilisant une technique d'accès à ce canal de type CDMA (Code Division Multiple Access en anglais pour accès multiple à répartition par le code en français). Elle intéresse plus particulièrement la téléphonie selon la norme UMTS (Universal Mobile Téléphone System en anglais pour système de téléphonie mobile universelle en français) ou encore la norme IMT2000 (International Mobile Téléphone en anglais pour téléphone mobile international en français). Le but l'invention est de permettre une réception en limitant les effets nuisibles des trajets multiples provoquent des erreurs dues à l'interférence entre symboles. On améliore en conséquence la qualité de la réception en améliorant notamment le rapport signal à bruit du signal reçu dans ce dispositif de réception. Ce dispositif peut être réalisé aussi bien dans un téléphone mobile que dans station de base.

Actuellement, dans la téléphonie mobile utilisant des accès de type CDMA, un premier signal est multiplié, ou encore modulé, par séquence binaire pseudo-aléatoire avant d'être émis. On parle encore de systèmes DS- CDMA (Direct Sequence-CDMA en anglais pour CDMA par Séquence Directe en français). Cette séquence, en réalisant un étalement de spectre, a pour fonction principale de rendre le signal orthogonal ou orthogonal par rapport à un deuxième signal. On nomme facteur d'étalement le rapport entre période du premier du deuxième signal et la période de la séquence. Ainsi, deux signaux à émettre peuvent être émis de manière décorrélée avec une même fréquence porteuse. En outre, cette modulation produit un signal plus résistant vis à vis des diverses sources de bruits venant perturber la propagation d'un signal à émettre à travers le canal de propagation. Ce signal est reçu dans un dispositif de réception téléphone mobile et/ou d'une station de base. Ce dispositif de réception comporte un filtre adapté à la séquence utilisée pour produire le signal ainsi reçu. Cette opération de filtrage permet de réaliser la fonction inverse de l'étalement. On obtient conséquence un signal désétalé ou plus généralement à bande étroite.

Cependant, ce signal en bande de base est généralement impropre à une utilisation telle quelle car il est soumis à des interférences dues phenomène de trajets multiples. Ainsi, un signal émis subit principalement des réflexions, surtout en milieu urbain. Chaque signal reçu est affecté d'un coefficient de propagation. Ce coefficient de propagation est relatif à une attenuation subie par un signal selon un trajet considéré ainsi qu'à une valeur de déphasage, par rapport au premier signal arrivé par exemple.

En conséquence, on reçoit en un point de l'espace un signal composé à partir de la superposition de plusieurs signaux, chaque signal étant pondéré par un coefficient de propagation relatif à un trajet. Ainsi, on peut modéliser le canal de propagation par un filtre linéaire, dont la réponse impulsionnelle représente l'ensemble des trajets du canal. La sortie de ce filtre, additionnée à un bruit thermique, modélise correctement le signal reçu. Afin d'être en mesure de reconstituer le signal émis, une étape nécessaire consiste à affranchir au mieux du bruit thermique. Cette étape consiste à utiliser un dispositif qui réalise le filtrage adapté au filtre modélisant le canal. D'une manière, simplifiée, cela revient à collecter et accumuler les contributions signal provenant de chaque trajet. Le dispositif qui permet .de réaliser cette fonction est un récepteur en râteau, plus connu sous le nom de récepteur RAKE désignant la traduction en anglais de râteau. Le récepteur RAKE est récepteur conventionnel d'un système CDMA.

De plus, dans la téléphonie mobile, on définit généralement deux paramètres de cohérence du canal qui sont la largeur de bande de cohérence et le temps de cohérence. Ces deux paramètres sont obtenus à partir du calcul de la fonction d'autocorrélation de la fonction associée à la réponse impulsionnelle. Cette fonction d'autocorrélation comporte deux variables, une variable temporelle et une variable fréquentielle. La largeur de bande de cohérence est définie lorsque la variable temporelle de la fonction d'autocorrélation est de valeur nulle. De la même manière, on définit le temps de cohérence lorsque que la variable fréquentielle est de valeur nulle.

Si la largeur de bande du signal émis est bien inférieure à la largeur de bande de cohérence, alors toutes ses composantes spectrales sont affectées pareillement par le canal. On parle alors d'un canal non-sélectif en fréquence. Cependant, si la largeur de bande du signal est supérieure la largeur de bande de cohérence alors, les composantes spectrales sont affectées différemment, de manière sélective, en fonction de la fréquence et le canal est dit sélectif en fréquence. En outre, les canaux dont le temps de cohérence est grand par rapport à la durée des symboles transmis sont dits à affaiblissements lents alors que dans le cas inverse, ce sont des canaux à affaiblissements rapides.

Plus précisément, ces deux paramètres permettent ainsi de prévoir une qualité de transmission. En effet, un signal dont la largeur de bande est supérieure la largeur de bande de cohérence présentera de l'interférence entre symboles. De plus, une durée d'une trame de symbole émise supérieure au temps de cohérence rend plus difficile une détection cohérente.

La condition sur la largeur de bande de cohérence n'est vérifiée que pour les bas débits. Par exemple, l'étalement temporel d'un canal de propagation peut aller jusqu'à 20 F.s, ce qui correspond à une largeur de bande de 50kHz. En GSM, le débit est de 270 ksymboleslsec, et dans le cadre de l'UMTS, il peut aller jusqu'à 2 mégasymboleslsec. On est donc, dans les deux cas, en présence d'interférence entre symbole. Celle-ci peut être combattue, dans le cas de l'UMTS, par le fait que les séquences d'étalement sont approximativement décorrélées de symbole à symbole, principe qui n'existe pas en GSM. Mais cette décorrélation approximative n'est pas toujours suffisante pour s'affranchir complètement de l'interférence entre symboles.

En conclusion, la réalisation habituelle d'un récepteur d'un signal émis en utilisant la technique d'accès CDMA suppose implicitement qu'il n'y a pas d'interférence entre symboles. En réalité, elle est présente et est en partie gérée par le récepteur RAKE. Cependant, il est impératif d'en tenir compte dans bon nombre de cas.

La présente invention a pour objet de proposer une structure de récepteur d'un signal DS-CDMA envisageable aussi bien dans un téléphone mobile que dans une station de base. Cette structure met en oeuvre un égaliseur afin de s'affranchir des problèmes d'interférences entre symboles.

L'invention concerne donc un téléphone mobile comportant un dispositif de réception d'un signal radiofréquence émis à travers un canal de propagation selon une technique d'accès à ce canal de type CDMA, le dispositif de réception comportant généralement un récepteur RAKE avec une entrée recevant le signal et une sortie reliée à un dispositif de décision permettant de définir l'état du signal à un instant donné, caractérisé en ce que le récepteur comporte égaliseur relié entre la sortie du récepteur et le dispositif décision.

Elle concerne aussi un procédé de réception dans un téléphone mobile et une station de base d'un signal radiofréquence de téléphonie mobile émis selon une technique d'accès de type CDMA, le signal émis, produit à partir d'une suite de symboles, étant codé par une séquence d'étalement dans lequel - on envoie le signal reçu en entrée d'un filtre adapté à la séquence d'étalement, le filtre étant muni d'une entrée et d'une sortie, - on envoie un signal produit à la sortie du filtre adapté en entrée d'un récepteur en râteau, on filtre le signal produit à la sortie du filtre adapté avec le récepteur en râteau le récepteur en râteau permettant de collecter l'énergie ensemble copies, du signal émis, s'étant propagé dans un canal à trajets multiple, - on estime un symbole émis à l'aide d'un dispositif de décision, caractérisé en ce que - on réalise une opération d'égalisation sur le signal filtré, avec un égaliseur, le signal filtré étant par la suite envoyé au dispositif de décision.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent Figure 1 : une structure d'un dispositif de réception selon l'invention dans un télephone ; Figure 2 : une représentation, sous une forme d'une suite d'étape, d'un exemple de fonctionnement du procédé de l'invention.

figure 1 montre un téléphone 1 mobile selon l'invention. Ce téléphone 1 comporte notamment une antenne 2 et un dispositif 3 d'émission- réception. La partie réception du dispositif 3 concerne principalement le traitement analogique des signaux reçus par l'antenne 2. Ce traitement regroupe notamment des opérations de filtrage, de transposition en fréquence et d'échantillonnage. La partie émission du dispositif 3 regroupe quant à elle toutes les fonctions liées à l'émission d'un signal à partir d'un téléphone 1. Ces parties ne sont pas plus développées car elles apportent peu à l'intelligibilité de l'invention. Le téléphone 1 est relié, par une liaison radioélectrique, à une station 4 de base. On définit l'espace de propagation entre la station 4 et le téléphone 1 comme étant un canal de transmission. La station 4 émet un message 6 à destination du téléphone 1. Une émission à partir de la station 4, ou du téléphone 1, est une émission omnidirectionnelle. En conséquence, le message 6 est porté par une multitude de signaux radioélectriques, par exemple les signaux 7 à 11. Chacun des signaux 7 à 11 suit un trajet particulier.

Cependant, un obstacle 12 peut se présenter sur le trajet d'un signal, le signal 8 par exemple, et ainsi détourner de sa trajectoire initiale par réflexion principalement. En conséquence, le trajet du signal 8 réfléchi va croiser en un point le trajet d'un autre signal. Par exemple, on considère que le signal 7 correspond au signal que téléphone devrait normalement recevoir sur son antenne 2 et que ce signal est émis à travers le canal 5. Dans cet exemple, le trajet du signal 8 croise trajet du signal en un point où se trouve le téléphone 1, ou plutôt l'antenne 2. Ainsi un signal reçu par l'antenne 2 n'est pas le signal 7 mais un signal résultant de la somme entre le signal 7 et le signal 8. Ceci traduit le phénomène multi-trajets. Pour cela, le canal 5 est souvent appelé le canal à trajets multiples. Le signal 7 et le signal 8 sont donc issus du même message 6 mais sont affectés de coefficients de propagation différents. C'est-à-dire que le signal diffère du signal 8 en amplitude et en date d'arrivée. Plus simplement, cela revient à dire que le signal 8 est d'amplitude différente que le signal 7 et est retardé par rapport à celui-ci.

Le dispositif 3, relié à l'antenne 2, met en forme le signal ainsi reçu. C'est-à-dire qu'il effectue notamment une opération de transposition en fréquence ainsi qu'une opération d'échantillonnage. Une opération suivante va consister à retrouver le message 6 c'est-à-dire supprimer la superposition entre le signal 7 et le signal 8.

Toutes ces opérations sont contrôlées et gérées par un microprocesseur 13 commandé par un programme 14 dans une mémoire 15 de programme et une mémoire 16 de données permettant une sauvegarde temporaire ou non de données, ces éléments étant reliés par l'intermédiaire d'un bus 17 de données, d'adresses et de commandes. Le téléphone 1 comporte en outre un dispositif 18 de réception. Ce dispositif 18 a en charge de supprimer les effets dus au phénomène de trajets multiples et retrouver une forme du message 8.

Dans l'invention, le message 6 est émis à travers le canal 5 en utilisant une technique d'accès de type CDMA. C'est-à-dire que message 6 est codé, ou encore modulé, par une séquence d'étalement. On parle encore de système DS-CDMA ( Direct Sequence en anglais pour Séquence Directe en français). Cette modulation a pour effet d'étaler le spectre associe au message 6 qui est géneralement un signal formé par une suite de symboles, bande de base. Ceci permet de produire un signal dont une immunité au bruit est plus grande que l'immunité au bruit d'un signal non modulé par cette séquence. Ainsi, à la reception, il est nécessaire de réaliser l'opération inverse afin de retrouver un même format que le message 6 à l'émission. Pour cela, le dispositif 18 comporte un filtre 19 adapté à la séquence d'étalement utilisée pour moduler le message 6. Ainsi le microprocesseur 13 envoie filtre 19 par l'intermédiaire du bus 17 les échantillons produits dans le dispositif Ce filtre 19 réalise alors une opération de corrélation glissante. Une corrélation glissante est une correlation pour laquelle on calcule le résultat par tranches successives d'échantillons.

Le dispositif 18 comporte un récepteur 20 en râteau nommé dans la plupart des cas récepteur RAKE. Une structure de ce récepteur 20 est directement issue d'une représentation mathématique permettant modéliser l'expression du signal reçu. Dans un exemple simple, on considère que le signal reçu est la combinaison de seulement deux signaux chacun en provenance d'un trajet particulier. On utilise dans cet exemple le signal 7 et le signal 8. On fait aussi l'hypothèse que le signal 8 est en retard par rapport au signal 7. Le canal 5 est donc un canal à deux trajets. Une modélisation d'un tel canal 5 permet de produire des coefficients de modélisation que l'on appelle dans cet exemple coefficient de propagation. II y a autant de coefficients de propagation de trajets considérés à travers le canal 5, c'est-à-dire ici deux. Ainsi, un signal émis en entrée du canal 5 va produire en sortie du canal 5 un signal résultant composé de la superposition de ce signal affecté d'un premier coefficient propagation et d'une version décalée temporellement de ce même signal et affecté d'un deuxième coefficient de propagation. Ceci réalise une fonction de filtrage. Pour contrebalancer les effets du bruit qui vient se superposer à ce signal filtré, il suffit de rajouter en série un filtre adapté à la fonction de transfert du canal 5. On maximise ainsi, en théorie, le rapport signal à bruit en réception. C'est le rôle du récepteur 20.

Pour calculer les coefficients de propagation du filtre adapté, on peut calculer ou plus précisément estimer, des coefficients à partir signaux connus placés dans le message 6 émis. Chaque coefficient de propagation va être appliqué au signal reçu afin de reconstituer le signal d'origine. On met ainsi à profit le fait que le signal reçu comporte plusieurs fois le meure signal mais chaque signal étant décalé par rapport à l'autre et affecté d'une atténuation différente.

Le récepteur 20 comporte, dans un exemple de réalisation, un sommateur 21 avec par exemple cinq entrées 22 à 26. Les entrées 22 à 26 sont reliées à des sorties de multiplicateurs 27 à 31 avec deux entrées. Les multiplicateurs 27 à 31 comportent donc une première entrée 32 à 36 et une deuxième entrée 37 à 41 respectivement. Les deuxièmes entrées 37 à 41 reçoivent une valeur relative aux coefficients de propagation, à travers le bus 17 par exemple, fourni par le microprocesseur 13. Les premières entrées 32 à 36 sont reliées à une sortie 42 du filtre 19.

L'entrée 32 est reliée directement à l'entrée 42, c'est-à-dire qu'elle n'est affectée d'aucun retard. L'entrée 33 est reliée à l'entree 42 par l'intermédiaire d'un élément 43 de retard. L'entrée 34 est reliée à l'entree 42 par l'intermediaire de l'élément 43 et d'un élément 44 de retard supplémentaire. L'entrée 35 est reliée à l'entrée 42 par l'intermédiaire de l'élément 43, de l'élément 44 et d'un élément 45 de retard supplémentaire. L'entrée 36 reliée à l'entree 42 par l'intermédiaire de l'élément 43, 44, 45 et d'un élément 46 de retard supplémentaire.

Dans le cadre d'une hypothèse simplificatrice tous les retards ainsi ajoutés sont identiques. Cependant, on pourrait très bien envisager qu'ils soient différents. Les valeurs ainsi obtenues et présentes aux entrées à 26 du sommateur 21 sont additionnées et produites à une sortie 47 du sommateur 21. On produit ainsi à la sortie 47 une suite de symboles permettant de reconstituer le message 6. Cependant, comme décrit plus haut, les symboles à sortie 47 sont corrompus par un phénomène d'interférence entre symboles non totalement éliminée. En conséquence, dans l'invention on envoie le signal ainsi produit en sortie du sommateur 21 à une entrée 48 d'un égaliseur 49. Cet égaliseur 49 fonctionne par exemple à l'aide de l'algorithme de Viterbi. Ceci a pour effet de supprimer les effets dus à l'interférence entre symboles. On relie une sortie 50 de l'égaliseur 49 à une entrée 51 d'un dispositif 52 de décision. Avec ce dispositif 52 on définit l'état du signal filtré à un instant donné. Pour cela, et de manière schématique, le dispositif 52 comporte un comparateur 53 avec une première entrée reliée à l'entrée 51 et une deuxième entrée 54 recevant une valeur de seuil, par l'intermédiaire du bus 17 par exemple, permettant au dispositif 52 de définir la valeur du symbole envoyé à l'entrée 51 par l'egaliseur 49. Cette valeur du symbole est ensuite émise à une sortie 55 du dispositif 52 pour être éventuellement stockée dans la mémoire ou alors pour être traitée dans un autre circuit.

Dans une variante de l'invention, on mesure à intervalles temps réguliers un taux d'interférence entre symboles présente dans le signal reçu notamment dans le dispositif 3 (une mesure du taux d'interférence entre symboles peut etre réalisée en calculant à l'aide du microprocesseur 13 par exemple, ou alors à l'aide d'un dispositif dédié, la différence entre le signal à la sortie 47 du récepteur 20 et le signal à la sortie 50 de l'égaliseur 49 dont on autorise la mise en action à intervalles réguliers). On autorise alors la réalisation de fonction d'égalisation à temps plein en fonction d'un taux d'interférence entre symboles mesuré. Dans une autre variante de l'invention, au lieu de mesurer un taux d'interférence entre symboles, on peut décider d'autoriser la réalisation de la fonction d'égalisation si la valeur du facteur d'étalement est inférieure à un seuil (par exemple 16). Dans ces variantes, on peut placer entre la sortie 47 et l'entrée 48 un dispositif 56 de commutation permettant d'aiguiller le symbole présent à la sortie 47 soit à l'entrée 48 soit directement à l'entrée 51. On commande alors ce dispositif 56 à l'aide du microprocesseur 13 par l'intermédiaire d'une entrée 57 de commande.

Dans un exemple préféré de l'invention le signal radiofréquence émis par la station 4 est un signal produit selon la norme UMTS ou IMT2000.

La figure 2 montre une représentation, sous une forme d'une suite d'étapes, d'un exemple de fonctionnement du procédé de l'invention. Ainsi, lors d'une étape 57 de réception, le téléphone 1 (figure 1) reçoit une multitude de signaux dont un signal qui lui est destiné. Le signal destiné au téléphone 1 est codé par une séquence d'étalement particulière alors que les autres signaux sont soit des signaux codés par une autre séquence d'étalement soit des signaux ayant pour origine le même signal mais dont un trajet dans le canal 5 est différent. C'est pourquoi, dans une étape 59 de filtrage adapté, on filtre le signal reçu afin de ne garder que les signaux destinés au téléphone 1 et donc codés par cette séquence particulière.

Suite à l'étape 59, on obtient un signal composé de plusieurs signaux identiques, à un déphasage près, ainsi qu'à une amplitude près, chaque signal étant propre à un trajet de propagation. Une étape suivante est généralement une étape 60 de filtrage avec le récepteur 20. Ce filtrage a pour fonction de mettre à profit les contributions apportées par chaque signal associé à un trajet. Ce récepteur 20 produit ' une sortie 47 un signal dans lequel les symboles successifs interfèrent éventuellement entre eux.

Pendant une étape 61 tests, on mesure un taux d'interférence entre symboles, ou bien on lit une valeur courante du facteur d'étalement. Dans le cas où le taux d'interférence entre symboles mesuré est supérieur à un seuil, ou bien une valeur du facteur d'étalement est inférieure à un seuil, alors on réalise, pendant une étape 62, opération d'égalisation. Lors de cette étape 62, on supprime, ou tout du moins on diminue fortement, les effets néfastes dus au phénomène d'interférence entre symboles. Suite à cela, on peut définir, pendant une étape 63 de décisions, une valeur du symbole produit en sortie 47 du récepteur 20. Pour cela, on utilise, par exemple, un dispositif 52 permettant de comparer une valeur du symbole produit en sortie de l'égaliseur 59 avec une valeur d'un seuil. On reconstitue ainsi une suite de symboles correspondant à la suite de symboles représentant le message 6 émis. Au cas où le test réalisé à l'étape 61 est négatif, c'est-à-dire ' l'interférence entre symboles est jugée faible (soit le taux mesuré est faible, soit le facteur d'étalement est suffisamment élevé), alors l'étape n'est pas nécessaire et la valeur du symbole produit en sortie 41 du récepteur 20 est envoyée directement en sortie de l'égaliseur 49 afin de pouvoir réaliser l'opération de décision comme durant l'étape 63.

Dans un exemple selon l'invention, cette structure de récepteur 18 a été décrite dans le téléphone 1. Cependant, une utilisation de cette structure dans une station de base, telle que station 4, est tout à fait envisageable ainsi que le procédé associé. En effet, architecture d'une station de base comporte les mêmes moyens d'émission-réception qu'un téléphone mobile.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1 - Téléphone (1) mobile comportant un dispositif (1 de réception d'un signal (7, 8) radiofréquence émis à travers un canal (5) propagation selon une technique d'accès à ce canal de type CDMA, le dispositif de réception comportant généralement un récepteur (20) en râteau avec une entrée recevant le signal et une sortie (47) reliée à un dispositif (52) de décision permettant de définir l'état du signal à un instant donné, caractérisé en ce que récepteur comporte un égaliseur (49) relié entre la sortie du récepteur et le dispositif de décision. 2 - Téléphone selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure du taux d'interférence entre symboles d'un signal reçu, une valeur mesurée permettant de décider d'une utilisation de l'egaliseur en plus du récepteur en râteau. 3 - Téléphone mobile selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le signal radiofréquence émis est un signal produit selon norme UMTS ou IMT2000. 4 - Procédé de réception dans un téléphone (1) mobile et ou une station (4) de base d'un signal radiofréquence de téléphonie mobile émis selon une technique d'accès de type CDMA, le signal émis, produit à partir d'une suite de symboles, étant codé par une séquence d'étalement, dans lequel - on envoie le signal reçu en entrée d'un filtre (1 adapté à la séquence d'étalement, le filtre étant muni d'une entrée et d'une sortie (42), - on envoie un signal produit à la sortie du filtre adapté en entrée d'un récepteur (20) en râteau, - on filtre le signal produit à la sortie du filtre adapté avec le récepteur en râteau, le récepteur en râteau permettant de collecter l'énergie d'un ensemble de copies, du signal émis, s'étant propagé dans un canal (5) à trajets multiples, - on estime un symbole émis à l'aide d'un dispositif de décision, caractérisé en ce que on réalise une opération d'égalisation sur le signal filtré, avec un égaliseur (49), le signal filtré étant par la suite envoyé au dispositif (52) de décision. - Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce - on mesure un taux d'interférence entre symbole presente dans le signal reçu, - on autorise la réalisation de la fonction d'égalisation en fonction d'un taux d'interférence entre symbole mesuré, ou d'une valeur courante d'un facteur d'étalement jugée faible.