FR2820574A1 - Procede d'extraction d'un motif de symboles de reference servant a estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission, signal, dispositif et procedes correspondants - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission, au moins un dispositif de radiocommunication communiquant par ledit canal avec une station distante, cette dernière délivrant régulièrement audit dispositif de radiocommunication un motif de référence.Selon l'invention, la structure dudit motif de référence est variable, en fonction d'au moins une caractéristique dudit canal de transmission.
Description
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Procédé d'extraction d'un motif de symboles de référence servant à estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission, signal, dispositif et procédés correspondants.
Le domaine de l'invention est celui de la transmission de données numériques.
Plus précisément, l'invention concerne l'estimation de la fonction de transfert d'un canal de transmission, et le maintien de la synchronisation d'un dispositif de radiocommunication échangeant des données numériques par l'intermédiaire de ce canal avec une station distante.
Dans les systèmes de communication numérique conventionnels, on utilise fréquemment une séquence de symboles de référence, connus du récepteur, dans le train de données envoyé par l'émetteur, appelés symboles de référence ou symboles pilotes. Ces symboles de référence permettent à un récepteur d'estimer convenablement le canal de transmission et ainsi de garantir un bon déroulement de la démodulation des signaux reçus.
On a envisagé, pour les systèmes de communication mettant en oeuvre des canaux de transmission variables dans le temps, de répartir des symboles de référence en différentes positions au sein d'un train de données échangées.
Dans ces différents systèmes de communication, la structure et les caractéristiques des symboles de référence d'un dispositif de radiocommunication sont déterminés en fonction du pire cas de propagation. Une telle contrainte est en effet indispensable pour assurer une estimation de canal correcte quelles que soient les conditions de propagation.
Lorsque la phase de synchronisation initiale est terminée, le terminal de radiocommunication se voit allouer une ressource dédiée, et met alors en oeuvre une éventuelle phase de maintien de la synchronisation, et une estimation du canal de transmission.
Selon cette technique de l'art antérieur, la structure de référence est choisie de façon à permettre une estimation de canal correcte dans tous les cas, et même dans le
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r--------------------------------------------------pire cas de communication, c'est-à-dire pour le niveau maximal de multitrajet et la vitesse maximale du terminal de communication considéré.
En d'autres termes, la structure de référence est dimensionnée de façon à être adaptée au pire cas de Doppler et d'étalement du temps de propagation (en anglais "delay spread").
Un inconvénient de ce dimensionnement de la structure de référence au pire cas est qu'il induit une perte statistique de capacité utile de transmission et/ou de protection contre les erreurs, dans les cas où les caractéristiques du canal de transmission sont favorables.
Les inventeurs ont détecté et analysé ce problème. Ils en ont déduit qu'un inconvénient de cette technique de l'art antérieur est que la structure de référence est figée une fois pour toutes pour un canal de transmission physique donné.
Par conséquent, un autre inconvénient de cette technique de l'art antérieur est que la séquence de symboles de référence retenue ne dépend pas des caractéristiques du canal de transmission, liées d'une part à l'environnement du terminal de communication considéré, et d'autre part à la vitesse de déplacement de ce dernier.
Il convient de noter que le fait de se poser ce problème est nouveau et inventif pour l'homme du métier, ce dernier ayant toujours considéré que, pour obtenir une bonne estimation de canal, la structure de référence devait être figée et unique, car adaptée au pire cas de propagation du signal.
L'invention a donc notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, un objectif de l'invention est d'optimiser le débit utile de transmission de données numériques entre un dispositif de radiocommunication et une station distante, notamment, mais non exclusivement, dans un système multiporteuse.
Un autre objectif de l'invention est de mettre en oeuvre un système de communication, et notamment de radiocommunication, d'efficacité spectrale élevée.
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r L'invention a également pour objectif de fournir un système de communication permettant de réaliser un bon compromis entre qualité et débit de transmission de données numériques.
Encore un autre objectif de l'invention est de mettre en oeuvre un système de radiocommunication permettant de limiter les pertes de capacité utile de transmission lorsque le canal présente des caractéristiques favorables.
L'invention a encore pour objectif de permettre une bonne estimation de la fonction de transfert d'un canal, même lorsque le canal de transmission considéré est perturbé.
Un objectif secondaire de l'invention est de fournir une technique de réduction des fluctuations d'enveloppe du signal émis.
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes nécessaire à l'estimation de la fonction de transfert d'un canal de transmission, au moins un dispositif de radiocommunication communiquant par ledit canal avec une station distante, cette dernière délivrant régulièrement audit dispositif de radiocommunication un motif de référence.
Selon l'invention, la structure d'un tel motif de référence est variable, en fonction d'au moins une caractéristique du canal de transmission.
Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive de l'estimation de la fonction de transfert d'un canal de transmission. En effet, l'invention repose notamment sur la mise en oeuvre d'une structure de référence adaptative, en fonction d'une ou plusieurs caractéristiques du canal de transmission. L'invention va donc à l'encontre des préjugés de l'homme du métier, pour qui les symboles de référence qui servent à l'estimation du canal doivent être figés au pire cas de propagation.
Avantageusement, la ou lesdites caractéristiques du canal de transmission comprennent la fréquence Doppler maximale et/ou l'étalement de la réponse
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impulsionnelle du canal ("delay spread") maximal.
Ces caractéristiques sont liées notamment à la vitesse de déplacement du dispositif de communication et à l'environnement dans lequel ce dernier évolue.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, un tel procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission comprend une étape d'allocation d'au moins un canal à une communication, lesdits canaux alloués étant identiques fonctionnellement, mais basés sur des formes d'ondes distinctes en termes de synchronisation, en fonction desdites caractéristiques du canal de transmission.
On choisit ainsi, en fonction des caractéristiques du canal de transmission, la structure de référence la plus adaptée, et permettant de réaliser le meilleur compromis entre la qualité de l'estimation de canal et la capacité de transmission de données.
Préférentiellement, ladite étape d'allocation d'un canal de trafic à une communication entre ledit dispositif de radiocommunication et ladite station distante comprend une étape d'échange de données représentatives de la ou desdites caractéristiques du canal de transmission.
À l'issue de cet échange de données, la station distante, ou toute autre entité décisionnelle du réseau de radiocommunication considéré, peut choisir la structure de référence la plus adaptée à la communication débutant entre le dispositif de radiocommunication et la station distante.
Avantageusement, ladite étape d'échange permet en outre la transmission de données de signalisation et/ou de données de contrôle relatives à ladite communication.
Selon une technique avantageuse de l'invention, un tel procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission étant mis en oeuvre dans un système multiporteuse, la durée des symboles formant le signal multiporteuse est variable, en fonction de la ou desdites caractéristiques du canal de transmission.
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r On rappelle que les systèmes de modulation multiporteuse sont particulièrement intéressants dans le cas de canaux de transmission affectés de forts évanouissements et de trajets multiples. Dans un tel système de communication multiporteuse, un canal large bande fortement sélectif en fréquence est transformé en un grand nombre de canaux à bande étroite non sélectifs, multiplexés en fréquence.
L'estimation du canal de transmission, est assurée par un réseau de porteuses de référence, encore appelées pilotes. On rappelle qu'une modulation multiporteuse est caractérisée par la densité de son réseau de sous-porteuses, constitué par l'ensemble des porteuses de référence et des porteuse utiles, cette densité étant définie par
(Q), oÙTo correspond au temps symbole, et où Vo correspond à l'espacement entre sous-porteuses. Selon l'invention, il est donc possible d'optimiser le temps symbole en fonction d'une ou plusieurs caractéristiques du canal de transmission.
(Q), oÙTo correspond au temps symbole, et où Vo correspond à l'espacement entre sous-porteuses. Selon l'invention, il est donc possible d'optimiser le temps symbole en fonction d'une ou plusieurs caractéristiques du canal de transmission.
Avantageusement, ladite durée des symboles est choisie de façon qu'elle rende sensiblement identique la fréquence Doppler maximale et le"delay spread"maximal en unités normalisées.
Une telle durée symbole correspond en effet à la durée symbole optimale.
Selon un mode de réalisation particulier, un tel procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission étant appliqué à un système offrant deux canaux, un canal permanent de signalisation et un canal fonctionnant en mode"burst" (par salves), lesdites caractéristiques du canal de transmission sont mesurées sur ledit canal permanent, ledit canal en mode"burst"démarrant directement avec un motif de référence optimal.
Selon une variante de réalisation particulière, ledit canal permanent utilise une modulation CDMA (en anglais"Code Division Multiple Access", accès multiple par code de répartition), et ledit canal en mode"burst"utilise une modulation multiporteuse (OFDM/IOTA).
Ainsi, dans un mode de réalisation particulier de l'invention s'appuyant sur le
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r -------------------------------------------------par 3gap (en anglais"Universal Mobile Telecommunication System") défini par 3GPP (en anglais"Third Generation Partnership Project"), on utilise pour le canal de type IOTA, la synchronisation du terminal mobile obtenue à partir du canal de type WCDMA (en anglais"Wideband Code Division Multiple Access"pour"accès multiple par code de répartition large bande") et on suppose que les informations caractérisant le canal de transmission (étalement Doppler maximal et étalement en temps maximal) sont connues, ce qui permet de démarrer directement avec le réseau de référence optimal. On rappelle que la fonction prototype IOTA, décrite par exemple dans le document de brevet n FR 2 733 869, présente une décroissance rapide en temps et en fréquence et est identique à sa transformée de Fourier.
On peut récupérer la synchronisation du terminal mobile à partir du canal WCDMA car les structures de trame des deux canaux sont supposées synchrones. L'intérêt d'un tel procédé est que le canal WCDMA met en oeuvre une technique permettant une récupération de la synchronisation simple et rapide, ainsi qu'exposé par exemple dans le document de brevet n FR 2 777 407.
Avantageusement, ladite structure du motif de référence peut être modifiée en cours de communication, lorsque lesdites caractéristiques du canal de transmission varient.
Cette structure du motif de référence ne varie donc pas sur la durée d'un bloc, mais peut varier d'un bloc par rapport à l'autre.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la modification de ladite structure du motif de référence est effectuée à l'aide d'une procédure du type "handover intra", utilisée dans les réseaux cellulaires.
On rappelle que, dans un système cellulaire de radiocommunication avec les mobiles, le terme"handover"désigne une commutation des moyens de transmission utilisés par une communication sans interruption de cette dernière. En mettant en oeuvre une telle procédure, on peut ainsi modifier le type du canal en temps réel, en cours de communication entre le dispositif de radiocommunication et la station
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r distante.
De manière préférentielle, ledit motif de référence est construit de façon à limiter les fluctuations d'enveloppe du signal émis.
En effet, dans le cas d'un système de modulation multiporteuse, la dissymétrie énergétique entre porteuses de référence et porteuses utiles peut provoquer des fluctuations importantes du profil de puissance moyenne du signal émis. On rappelle qu'une telle dissymétrie énergétique résulte de ce que les symboles transmis sur les porteuses de référence possèdent une énergie plus importante que celle des symboles utiles, afin de permettre une meilleure estimation du canal de transmission. Il est donc particulièrement avantageux de conditionner la géométrie du réseau des pilotes en fonction de la contrainte de réduction des fluctuations d'enveloppe du signal, de manière à limiter les dégradations dues aux non-linéarités des amplificateurs de puissance mis en oeuvre à l'émission du signal.
De façon avantageuse, ledit motif de référence est formé de pilotes, de valeur et d'emplacement dans l'espace temps-fréquence connus dudit dispositif et répartis régulièrement dans ledit espace temps-fréquence.
Selon une technique avantageuse de l'invention, lesdits pilotes définissent un parallélogramme dans l'espace temps-fréquence.
Dans un système de modulation multiporteuse, la mise en oeuvre d'un réseau de pilotes en parallélogramme dans l'espace temps-fréquence permet en effet de limiter les fluctuations temporelles et/ou fréquentielles de la puissance émise.
Avantageusement, la transmission d'au moins certaines données entre ledit dispositif et ladite station distante est une transmission par blocs.
Selon une variante de réalisation avantageuse de l'invention, un tel procédé comprend une étape de maintien de la synchronisation dudit dispositif avec ladite station distante, mettant en oeuvre une comparaison de l'énergie associée auxdits pilotes et de l'énergie associée à des fréquences porteuses dites informatives du signal émis.
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r Une telle technique est mise en oeuvre lorsque le réseau de symboles de référence est de forme rectangulaire.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, un tel procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission comprend une étape d'adaptation de la durée desdits blocs en fonction desdites caractéristiques du canal de transmission, de façon que ledit canal respecte un critère de stationnarité pendant ladite durée.
Une telle adaptation de la durée des blocs en fonction des caractéristiques du canal permet notamment que la synchronisation initiale acquise par exemple via un canal de type WCDMA reste valable sur toute la durée d'un bloc.
En effet, lors d'une transmission par blocs, il peut arriver que la durée d'un bloc soit trop importante pour que le canal puisse être considéré comme quasistationnaire sur l'ensemble du bloc, et donc pour pouvoir assurer une bonne synchronisation du récepteur, et une bonne estimation du canal sur l'ensemble du bloc. On peut donc envisager d'adapter la taille des blocs transmis, de façon que le canal vérifie un critère de stationnarité pendant la durée d'un bloc. Dans ce dessein, on peut segmenter les blocs en sous-blocs, ou modifier la taille des blocs si la ressource en fréquence le permet. Une telle modification de la taille des blocs peut notamment consister à augmenter la taille du bloc en fréquence, et à diminuer la durée du bloc, de façon à obtenir un bloc de durée réduite mais sans réduction de la quantité d'informations transmises par ce bloc.
Selon une variante de réalisation avantageuse, ladite structure du motif de référence est variable en fonction de ladite durée d'un bloc.
On peut ainsi envisager de déterminer, pour chacun des blocs transmis, une structure de motif de référence adaptée. On rappelle qu'une telle structure de référence ne varie pas sur la durée d'un bloc, mais peut varier d'un bloc à l'autre.
Préférentiellement, lesdits blocs forment des parallélogrammes dans l'espace temps-fréquence, dont au moins un bord et/ou au moins un coin est repéré par un
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desdits pilotes.
De façon avantageuse, les bords desdits parallélogrammes sont intégralement définis par des pilotes.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, un tel procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission comprend en outre une étape d'adaptation de la densité temporelle et/ou fréquentielle desdits pilotes en fonction de la ou lesdites caractéristiques du canal de transmission.
L'invention concerne également un signal de radiocommunication échangé entre une station distante et un dispositif de radiocommunication, comprenant un motif de référence dont la structure est variable en fonction d'au moins une caractéristique du canal de transmission.
L'invention concerne encore un récepteur, une station de base, un système de transmission, des procédés de synchronisation, d'émission et de réception d'un signal de radiocommunication tel que décrit précédemment.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 illustre un exemple de transmission de données multi-trajets entre un émetteur fixe et un terminal de radiocommunication en mouvement ; la figure 2 présente un synoptique des étapes mises en oeuvre pour allouer un motif de référence à une communication du type illustrée en figure 1 ; la figure 3 illustre les étapes mises en oeuvre lors d'une transmission de données par blocs, pour adapter la durée d'un bloc et le motif de référence qui lui est associé en fonction des caractéristiques du canal de transmission ; la figure 4 présente un exemple de motif de référence adapté au"pire cas"de canal de transmission illustré en figure 1 dans le cas d'une modulation
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r multiporteuse ; la figure 5 illustre un exemple de motif de référence d'un système de communication multiporteuse dans lequel les pilotes forment des parallélogrammes dans l'espace temps-fréquence ; la figure 6 présente un synoptique simplifié d'un émetteur selon l'invention.
Le principe général de l'invention repose sur l'adaptabilité de la structure de référence du signal échangé entre un dispositif de radiocommunication et une station distante, en fonction des caractéristiques du canal de transmission.
On présente, en relation avec les figures 1 et 2, un exemple de transmission de données multi-trajets entre un émetteur fixe et un terminal de radiocommunication en mouvement, ainsi que le mécanisme d'allocation d'une structure de référence adaptée à une telle transmission.
Un émetteur 1 transmet des données numériques à destination d'un terminal de radiocommunication mobile 2. Un tel terminal 2 peut, par exemple, être embarqué dans le véhicule en mouvement d'un utilisateur. Le signal émis par la station 1 peut suivre différents trajets avant d'atteindre le terminal 2. Il subit notamment une pluralité de réflexions sur les réflecteurs 3,4 et 5. Il peut également être diffracté par un obstacle 7, et subir une dispersion locale dans la zone 6, à proximité du terminal 2.
Le terminal mobile 2 reçoit donc une pluralité de signaux identiques, émis par la station fixe 1, mais décalés dans le temps, en fonction du chemin suivi pour atteindre le terminal mobile 2.
Le canal de transmission établi entre l'émetteur 1 et le terminal 2 est notamment caractérisé par le "delay spread" maximal, c'est-à-dire par l'étalement maximal du temps de propagation, associé au plus long des trajets représenté en figure 1 entre l'émetteur 1 et le terminal 2.
Le canal de transmission est également caractérisé par la fréquence Doppler maximale, associée à la vitesse du terminal 2.
Ainsi qu'illustré en figure 2, ces caractéristiques du canal de transmission
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r (Doppler maximal et"delay spread"maximal) sont échangées sous forme de message au cours d'une étape référencée 20 entre le dispositif de radiocommunication 2 et la station distante 1.
En fonction des informations échangées, la station 1 du réseau de radiocommunication considéré décide d'allouer à la communication entre le dispositif 2 et la station 1 un canal de fréquence présentant un motif de référence adapté aux caractéristiques du canal de transmission. Les différents canaux de fréquence pouvant être alloués sont fonctionnellement identiques, mais présentent des formes d'onde différentes en termes de répartition des symboles de référence. Ainsi, plus les caractéristiques du canal de transmission sont favorables (c'est-à-dire plus l'environnement de la transmission est favorable), moins le système de communication consommera de la capacité du canal à des fins d'estimation de la fonction de transfert du canal de transmission, et, le cas échéant, à des fins de maintien de la synchronisation, au profit de la capacité de transmission et/ou de la capacité de protection contre les erreurs.
Il est possible que les caractéristiques du canal de transmission varient (22) au cours du temps, en raison de l'évolution de l'environnement du terminal 2, ou d'un changement intervenu dans sa vitesse de déplacement par exemple.
La station 1 peut alors modifier, après concertation du dispositif 2, la structure de référence mise en oeuvre, au cours d'une étape référencée 23. (Une telle structure de référence ne varie pas sur la durée d'un bloc mais peut varier d'un bloc à l'autre). Une telle modification peut par exemple s'effectuer en temps réel selon une procédure de type"handover intra". On rappelle que, dans un système cellulaire de radiocommunication avec les mobiles, le terme"handover"désigne une commutation des moyens de transmission utilisés par une communication sans interruption de cette dernière.
Dans le cas d'une transmission par blocs, on peut aussi envisager de mettre en oeuvre une segmentation des blocs en plusieurs sous-blocs, de façon que le canal de
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r transmission puisse être considéré comme quasi-stationnaire sur la durée d'un sousbloc. Ainsi, si un bloc est de durée trop grande pour que la synchronisation initiale acquise via le canal WCDMA par exemple puisse être considérée comme valable sur toute la durée d'un bloc, on peut envisager de segmenter le bloc en sous-blocs pour lesquels les motifs de référence sont a priori différents. On détermine alors le motif de référence à associer à chacun des sous-blocs successivement transmis, de manière à réaliser une bonne estimation du canal. Plus généralement, la taille des blocs peut être adaptée selon toute méthode adéquate, en tenant compte notamment de la stationnarité du canal.
On peut encore envisager de mettre en oeuvre un mécanisme de poursuite de synchronisation entre la station 1 t le dispositif 2, notamment en exploitant la dissymétrie énergétique entre sous-porteuses utiles et sous-porteuses de référence.
Ainsi qu'illustré en figure 3, on met en oeuvre une étape 30 d'estimation du canal, permettant de déterminer les caractéristiques de la transmission. En cas d'évolution 31 de la durée maximale pendant laquelle le canal de transmission peut être considéré comme quasi-stationnaire, on peut envisager de modifier 32 la durée des blocs de données transmis, de façon que la synchronisation initiale acquise via le canal de type WCDMA reste valable sur toute la durée d'un bloc.
En fonction de l'évolution 33 des caractéristiques du canal de transmission (par exemple en fonction du changement d'environnement d'une communication), on détermine ensuite (34) la structure du motif de référence adaptée à chacun des blocs de données.
On présente désormais, en relation avec les figures 3 à 5, un exemple de mise en oeuvre du procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant d'estimer la fonction de transfert du canal de transmission selon l'invention, dans le cadre d'un système de transmission utilisant une modulation de type OFDM/OQAM/IOTA. L'invention s'applique bien sûr également à tout autre système de transmission de données dans lequel une estimation de canal est nécessaire, et
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r notamment aux systèmes de transmission mettant en oeuvre une modulation de type monoporteuse.
L'invention peut notamment être utilisée dans le cadre du système de transmission décrit dans le brevet français n FR 2 777 407, au nom des mêmes déposants que la présente demande, et concernant un"Signal de radiotéléphonie cellulaire à canal supplémentaire affecté au sens descendant, procédé, système, mobile et station de base correspondants".
On rappelle que les systèmes multiporteuses présentent un intérêt particulier dans le cas de transmissions affectées d'évanouissements et de trajets multiples, notamment lorsqu'elles sont associées à un codage correcteur d'erreur et à un entrelacement.
Une caractéristique principale de la modulation OFDM est la densité du réseau de porteuses, qui est égale à 2 pour les modulations de type OFDM/OQAM (en anglais"Orthogonal Frequency Division Multiplex/Offset Quadrature Amplitude Modulation") telle que IOTA. On rappelle que la densité du réseau de porteuses est
définie par (To0)'oùTo correspond au temps symbole, et où Vo correspond à l'espacement entre sous-porteuses.
définie par (To0)'oùTo correspond au temps symbole, et où Vo correspond à l'espacement entre sous-porteuses.
Pour un canal caractérisé par les paramètres de fréquence Doppler et de"delay spread", les effets du canal de transmission sur le signal émis sont symétriques. En effet, les dégradations relatives à l'étalement Doppler et au retard à la propagation sont toutes deux équivalentes à une convolution ou à un filtrage dans l'espace direct,
donc à une multiplication ou une atténuation dans l'espace réciproque. En outre, la fonction prototype IOTA présente une parfaite symétrie temps-fréquence pour les
v /v /v
Le canal de transmission et la fonction prototype étant symétriques, on peut donc utiliser un signal de base localisé en temps et en fréquence avec la même échelle 1 temps-fréquence que le canal. On rend donc identiques le Doppler maximal et le 1 1
donc à une multiplication ou une atténuation dans l'espace réciproque. En outre, la fonction prototype IOTA présente une parfaite symétrie temps-fréquence pour les
v /v /v
Le canal de transmission et la fonction prototype étant symétriques, on peut donc utiliser un signal de base localisé en temps et en fréquence avec la même échelle 1 temps-fréquence que le canal. On rend donc identiques le Doppler maximal et le 1 1
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r "delay spread"maximal, en unités normalisées, en optimisant la durée symbole.
Cette condition assure qu'aucune des dimensions, temps et fréquence, n'est privilégiée durant la transmission, et le signal émis est donc le moins altéré possible.
1. 1. Structure du réseau de pilotes
Soit NI l'espacement temporel entre deux pilotes et Nf l'espacement
fréquentiel. Le jeu de paramètres (TQ, vo, /V,, Nf) définit un canal physique. Un canal de propagation correspond donc à un canal physique unique.
Soit NI l'espacement temporel entre deux pilotes et Nf l'espacement
fréquentiel. Le jeu de paramètres (TQ, vo, /V,, Nf) définit un canal physique. Un canal de propagation correspond donc à un canal physique unique.
L'insertion des pilotes, en fonction des paramètres du canal de propagation, est gérée dynamiquement. Selon le mode de réalisation particulier décrit dans la suite du document, le bloc transmis est bordé par une bande de garde, afin de réduire l'interférence entre blocs transmis adjacents et prendre en compte le temps de montée des amplificateurs.
Les symboles de référence sont répartis uniformément sur la fenêtre d'estimation de canal, pour caractériser et estimer au mieux les variations significatives du canal. Ces symboles sont éloignés autant que possible les uns des autres pour en tirer le maximum d'information tout en maximisant le débit utile.
1. 2. Adaptation du réseau de porteuses de référence et du temps symbole 1. 2. 1. Adaptation du temps symbole
On considère un mode de réalisation particulier de l'invention s'appuyant sur le standard UMTS défini par 3GPP. On utilise la synchronisation obtenue à partir du canal de type WCDMA et on suppose acquises les informations sur le type de canal de propagation. On bascule ensuite sur un canal mettant en oeuvre une modulation de type OFDM/IOTA. À partir des informations concernant le Doppler maximal et le retard maximal pour chaque type de canal de propagation, la densité du réseau étant fixée à 2 (1), on détermine le temps symbole et l'espacement entre sous-porteuses, tels que le rapport des supports des filtres modélisant le canal soit proportionnel au rapport entre To et va (2) :
On considère un mode de réalisation particulier de l'invention s'appuyant sur le standard UMTS défini par 3GPP. On utilise la synchronisation obtenue à partir du canal de type WCDMA et on suppose acquises les informations sur le type de canal de propagation. On bascule ensuite sur un canal mettant en oeuvre une modulation de type OFDM/IOTA. À partir des informations concernant le Doppler maximal et le retard maximal pour chaque type de canal de propagation, la densité du réseau étant fixée à 2 (1), on détermine le temps symbole et l'espacement entre sous-porteuses, tels que le rapport des supports des filtres modélisant le canal soit proportionnel au rapport entre To et va (2) :
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1 Le temps symbole doit alors respecter la structure de trame du système (3) :
Tr \..,., Les différentes valeurs de zo et V, issues de l'analyse de canaux de type Les différentes valeurs de To et v0 issues de l'analyse de canaux de type UMTS, spécifiés par l'ETSI (on peut se référer par exemple au document TR 101 112 : V3. 2. 0 Annexe B. l), sont répertoriées dans le tableau ci-dessous : 1
<tb>
<tb> Temps <SEP> symbole <SEP> utile <SEP> et <SEP> espacement <SEP> entre <SEP> sous-porteuses <SEP> pour <SEP> les <SEP> différents
<tb> environnements <SEP> de <SEP> propagation <SEP> spécifiés <SEP> (trame <SEP> de <SEP> 10ms)
<tb> Nb <SEP> Nb
<tb> Environnement <SEP> (v <SEP> en <SEP> km/h) <SEP> (j-s) <SEP> vo <SEP> (kHz) <SEP> Nb <SEP> chip/#o
<tb> symb/slot <SEP> symb/trame
<tb> Indoor <SEP> A <SEP> (3)
<tb> Indoor <SEP> B <SEP> (3,10)
<tb> Out-In <SEP> A <SEP> (3) <SEP> 133.33 <SEP> 3.75 <SEP> 512 <SEP> 5 <SEP> 75
<tb> Out-In <SEP> B <SEP> (3,50)
<tb> Vehicular <SEP> B <SEP> (50,120, <SEP> 250)
<tb> Indoor <SEP> A <SEP> (10)
<tb> Out-In <SEP> B <SEP> (120)
<tb> 66.67 <SEP> 7. <SEP> 5 <SEP> 256 <SEP> 10 <SEP> 150
<tb> Vehicular <SEP> A <SEP> (50,120)
<tb> Vehicular <SEP> B <SEP> (500)
<tb> Out-In <SEP> A <SEP> (50)
<tb> 33. <SEP> 33 <SEP> 15 <SEP> 128 <SEP> 20 <SEP> 300
<tb> Vehicular <SEP> A <SEP> (250,500)
<tb> Out-In <SEP> A <SEP> (120) <SEP> 16.67 <SEP> 30 <SEP> 64 <SEP> 40 <SEP> 600
<tb>
<tb> Temps <SEP> symbole <SEP> utile <SEP> et <SEP> espacement <SEP> entre <SEP> sous-porteuses <SEP> pour <SEP> les <SEP> différents
<tb> environnements <SEP> de <SEP> propagation <SEP> spécifiés <SEP> (trame <SEP> de <SEP> 10ms)
<tb> Nb <SEP> Nb
<tb> Environnement <SEP> (v <SEP> en <SEP> km/h) <SEP> (j-s) <SEP> vo <SEP> (kHz) <SEP> Nb <SEP> chip/#o
<tb> symb/slot <SEP> symb/trame
<tb> Indoor <SEP> A <SEP> (3)
<tb> Indoor <SEP> B <SEP> (3,10)
<tb> Out-In <SEP> A <SEP> (3) <SEP> 133.33 <SEP> 3.75 <SEP> 512 <SEP> 5 <SEP> 75
<tb> Out-In <SEP> B <SEP> (3,50)
<tb> Vehicular <SEP> B <SEP> (50,120, <SEP> 250)
<tb> Indoor <SEP> A <SEP> (10)
<tb> Out-In <SEP> B <SEP> (120)
<tb> 66.67 <SEP> 7. <SEP> 5 <SEP> 256 <SEP> 10 <SEP> 150
<tb> Vehicular <SEP> A <SEP> (50,120)
<tb> Vehicular <SEP> B <SEP> (500)
<tb> Out-In <SEP> A <SEP> (50)
<tb> 33. <SEP> 33 <SEP> 15 <SEP> 128 <SEP> 20 <SEP> 300
<tb> Vehicular <SEP> A <SEP> (250,500)
<tb> Out-In <SEP> A <SEP> (120) <SEP> 16.67 <SEP> 30 <SEP> 64 <SEP> 40 <SEP> 600
<tb>
On rappelle que, pour un système de transmission reposant sur une modulation OFDM classique, une telle adaptation du temps symbole n'est pas envisagée sous cette forme.
<Desc/Clms Page number 16>
v : 1. 2. 2. Détermination de la répartition des pilotes Détermination de Np 1 Soit N,, le pas d'échantillonnage des pilotes selon la dimension temporelle.
1 D'après le théorème d'échantillonnage (dit théorème de Shannon), la période d'échantillonnage des pilotes selon la dimension temporelle, N, to, doit vérifier : i d
où BD est la bande de fréquence Doppler [-FD, +Fo] avec Fo la fréquence Doppler maximale et BD=2*FD.
Détermination de Nf:
Soit Nf, le pas d'échantillonnage des pilotes selon la dimension fréquentielle.
Soit Nf, le pas d'échantillonnage des pilotes selon la dimension fréquentielle.
La période d'échantillonnage des pilotes selon la dimension fréquentielle, Nô. doit vérifier :
où Tmax est le retard maximal de propagation, ou en anglais"delay spread"maximal.
où Tmax est le retard maximal de propagation, ou en anglais"delay spread"maximal.
On détermine donc les paramètres Nt et Nf, et la répartition des pilotes au sein du réseau de porteuses qui en résulte, de sorte que les deux équations ci-dessus soient vérifiées.
1. 2. 3. Détermination de la taille de la fenêtre d'estimation
On considère que le système de transmission présenté dans ce mode de réalisation particulier assure le partage d'une ressource de transmission à haut débit entre plusieurs utilisateurs. On considère notamment un système de transmission mettant en oeuvre une transmission par paquets. Un tel système permet donc la transmission de paquets de taille a priori quelconque pour une bande de fréquence donnée. Cette diversité dans la taille des blocs transmis conduit notamment à l'utilisation de fenêtres d'estimation de taille réduite, fixant la taille minimale d'un bloc de données.
On considère que le système de transmission présenté dans ce mode de réalisation particulier assure le partage d'une ressource de transmission à haut débit entre plusieurs utilisateurs. On considère notamment un système de transmission mettant en oeuvre une transmission par paquets. Un tel système permet donc la transmission de paquets de taille a priori quelconque pour une bande de fréquence donnée. Cette diversité dans la taille des blocs transmis conduit notamment à l'utilisation de fenêtres d'estimation de taille réduite, fixant la taille minimale d'un bloc de données.
<Desc/Clms Page number 17>
r La figure 4 illustre la répartition des pilotes dans la fenêtre d'estimation. Les symboles de référence 41 sont répartis régulièrement au sein du réseau de porteuses 40, en respectant un espacement temporel N, et un espacement fréquentiel Nf.
On peut également envisager une répartition des pilotes en parallélogramme dans la fenêtre d'estimation, ainsi qu'illustré en figure 5.
En effet, la dissymétrie énergétique entre porteuses de référence et porteuses utiles peut provoquer des fluctuations importantes du profil de puissance moyenne du signal émis. La géométrie du réseau de pilotes peut donc être conditionnée par la contrainte de réduction des fluctuations d'enveloppe du signal, en vue de limiter les dégradations dues aux non-linéarités des amplificateurs de puissance mis en oeuvre à l'émission.
On représente ainsi en figure 5 un exemple de réseau de symboles d'information 50 dans l'espace temps-fréquence, dans lequel sont répartis régulièrement des symboles de référence 51, de manière à former un motif en parallélogramme 52.
1. 3. Principe d'un émetteur
La figure 6 présente un synoptique simplifié d'un émetteur d'un signal selon l'invention.
La figure 6 présente un synoptique simplifié d'un émetteur d'un signal selon l'invention.
On considère une source binaire 60 à haut débit. Par source binaire, on entend une série d'éléments de données correspondant à un ou plusieurs signaux source de tous types (son, image, données) numériques ou analogiques échantillonnées. Ces données binaires sont soumises à un codage canal 61 binaire à binaire adapté à des canaux présentant des évanouissements. On pourra par exemple utiliser un code en treillis, concaténé éventuellement avec un code de Reed-Solomon (le code convolutif jouant alors le rôle de code interne), ou utiliser des Turbo Codes.
Ensuite, on répartit (62) ces données dans l'espace temps-fréquence, de façon à apporter la diversité nécessaire, et à décorréler l'évanouissement (en anglais "fading") de Rayleigh affectant les symboles émis.
<Desc/Clms Page number 18>
r Plus généralement, on effectue un premier codage binaire à binaire, un entrelacement en temps et en fréquence et un codage binaire à coefficients (en anglais "mapping").
À l'issue de cette opération de codage, on dispose des symboles réels à émettre, ann n, qui sont ultérieurement modulés à l'aide d'un modulateur OFDM/OQAM/IOTA 64.
Le bloc de mise en trame 63 effectue l'insertion des pilotes dans le réseau de porteuses. Le motif d'insertion des pilotes (nombre de pilotes en temps et en fréquence, espacement entre les pilotes) dépend des caractéristiques du canal et de la taille de bloc transmis, qui sont des paramètres connus du récepteur.
Le signal complexe généré à l'issue du modulateur 64 est alors converti (65) sous forme analogique, puis transposé à la fréquence finale par un modulateur 66 à deux voies en quadrature (I et Q), et enfin amplifié (67) avant d'être émis (68).
1. 4. Principe d'un récepteur
Un récepteur de signal selon l'invention est de structure similaire à celle des récepteurs classiques, comprenant notamment des moyens de détection d'un dépassement de seuil de la corrélation des échantillons reçus avec ceux d'une séquence connue du récepteur, utilisée pour la synchronisation, et des moyens d'estimation de la fonction de transfert du canal de transmission.
Un récepteur de signal selon l'invention est de structure similaire à celle des récepteurs classiques, comprenant notamment des moyens de détection d'un dépassement de seuil de la corrélation des échantillons reçus avec ceux d'une séquence connue du récepteur, utilisée pour la synchronisation, et des moyens d'estimation de la fonction de transfert du canal de transmission.
Selon l'invention, de tels récepteurs comprennent en outre des moyens d'adaptation à un motif de référence de structure variable. Notamment, de tels récepteurs peuvent fonctionner selon l'un des modes décrits ci-dessous : selon un premier mode de fonctionnement, le récepteur met en oeuvre des moyens de réception, par l'intermédiaire d'un canal de signalisation, d'informations relatives à la structure du motif de référence utilisé au cours de la communication ; selon un second mode de fonctionnement, le récepteur détermine la structure du motif de référence souhaité mis en oeuvre au cours de la communication,
<Desc/Clms Page number 19>
en fonction de caractéristiques de transmission mesurées préalablement. Selon une autre approche, dans un premier mode de fonctionnement, les informations de signalisation et de contrôle (notamment les informations de repérage des pavés temps/fréquence) sont transmises sur le canal de type WCDMA. Dans un deuxième mode de fonctionnement, ces informations sont basculées sur le canal IOTA pendant la durée de transmission du bloc. Dans tous les cas, on utilise la synchronisation obtenue à partir du canal de type WCDMA et les étalements fréquentiel et temporel maximaux sont supposés connus.
Claims (28)
- REVENDICATIONS 1. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission, au moins un dispositif de radiocommunication communiquant par ledit canal avec une station distante, cette dernière délivrant régulièrement audit dispositif de radiocommunication un motif de référence, caractérisé en ce que la structure dudit motif de référence est variable, en fonction d'au moins une caractéristique du canal de transmission.r
- 2. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou lesdites caractéristiques du canal de transmission comprennent la fréquence Doppler maximale et/ou l'étalement de la réponse impulsionnelle du canal ("delay spread") maximal.
- 3. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'allocation d'au moins un canal à une communication, lesdits canaux alloués étant identiques fonctionnellement, mais basés sur des formes d'ondes distinctes en termes de structure dudit motif de référence, en fonction desdites caractéristiques du canal de transmission.
- 4. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite étape d'allocation d'un canal de trafic à une communication entre ledit dispositif de radiocommunication et ladite station distante comprend une étape d'échange de données représentatives de la ou desdites caractéristiques du canal de transmission.
- 5. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon la<Desc/Clms Page number 21>r revendication 4, caractérisé en ce que ladite étape d'échange permet en outre la transmission de données de signalisation et/ou de données de contrôle relatives à ladite communication.
- 6. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission d'un signal multiporteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ledit signal multiporteuse étant constitué d'une succession de symboles formés chacun d'une pluralité de fréquences porteuses, caractérisé en ce que l'intervalle de temps et/ou l'intervalle de fréquence entre deux fréquences porteuses consécutives est variable, en fonction de la ou desdites caractéristiques dudit canal.
- 7. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'intervalle de temps entre deux fréquences porteuses consécutives est choisi de façon qu'il rende sensiblement identiques la fréquence Doppler maximal et le"delay spread"maximal en unités normalisées.
- 8. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, appliqué à un système offrant deux canaux, un canal permanent de signalisation et un canal fonctionnant en mode"burst" (par salves), caractérisé en ce que lesdites caractéristiques dudit canal de transmission sont mesurées sur ledit canal permanent, ledit canal en mode"burst"démarrant directement avec un motif de référence optimal.
- 9. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit canal permanent utilise une modulation CDMA (en anglais"Code Division Multiple Access"), et ledit canal en mode"burst" utilise une modulation multiporteuse (OFDM/IOTA).
- 10. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant<Desc/Clms Page number 22>r notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite structure du motif de référence peut être modifiée en cours de communication, lorsque lesdites caractéristiques du canal de transmission varient.
- 11. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon la revendication 10, caractérisé en ce que la modification de ladite structure du motif de référence est effectuée à l'aide d'une procédure du type"handover intra", utilisée dans les réseaux cellulaires.
- 12. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ledit motif de référence est construit de façon à limiter les fluctuations d'enveloppe du signal émis.
- 13. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ledit motif de référence est formé de fréquences porteuses de référence, appelées pilotes, de valeur et d'emplacement dans l'espace temps-fréquence connus dudit dispositif et répartis régulièrement dans ledit espace temps-fréquence.
- 14. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits pilotes définissent un parallélogramme dans l'espace temps-fréquence.
- 15. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon l'une quelconque des revendications 12 et 14, caractérisé en ce que la transmission d'au moins certaines données entre ledit dispositif et ladite station distante est une transmission par blocs.<Desc/Clms Page number 23>r
- 16. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon l'une quelconque des revendications 6 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de maintien de la synchronisation dudit dispositif avec ladite station distante, mettant en oeuvre une comparaison de l'énergie associée auxdits pilotes et de l'énergie associée à des fréquences porteuses dites informatives du signal émis.
- 17. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'adaptation de la durée desdits blocs en fonction desdites caractéristiques du canal de transmission, de façon que ledit canal respecte un critère de stationnarité pendant ladite durée.
- 18. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon la revendication 17, caractérisé en ce que ladite structure du motif de référence est variable en fonction de ladite durée d'un bloc.
- 19. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon les revendications 15 à 18, caractérisé en ce que lesdits blocs forment des parallélogrammes dans l'espace temps-fréquence, dont au moins un bord et/ou au moins un coin est repéré par un desdits pilotes.
- 20. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon la revendication 19, caractérisé en ce que les bords desdits parallélogrammes sont intégralement définis par des pilotes.
- 21. Procédé d'extraction d'une séquence de symboles pilotes permettant notamment d'estimer la fonction de transfert d'un canal de transmission selon l'une quelconque des revendications 14 à 20, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'adaptation de la densité temporelle et/ou fréquentielle desdits pilotes en<Desc/Clms Page number 24>r fonction de la ou lesdites caractéristiques dudit canal de transmission.
- 22. Procédé de synchronisation d'au moins un dispositif de radiocommunication avec une station distante, cette dernière délivrant régulièrement audit dispositif de radiocommunication un motif de référence, caractérisé en ce que la structure dudit motif de référence est variable, en fonction d'au moins une caractéristique du canal de transmission.
- 23. Signal de radiocommunication échangé entre une station distante et un dispositif de radiocommunication, caractérisé en ce qu'il comprend un motif de référence dont la structure est variable en fonction d'au moins une caractéristique du canal de transmission.
- 24. Récepteur d'un signal de radiocommunication selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'estimation de la fonction de transfert du canal de transmission capables de traiter un motif de référence dont la structure est variable en fonction d'au moins une caractéristique dudit canal
- 25. Station de base émettant un signal de radiocommunication selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'elle comprend des moyens pour modifier la structure d'un motif de référence, en fonction d'au moins une caractéristique du canal de transmission.
- 26. Procédé d'émission d'un signal de radiocommunication selon la revendication 23.
- 27. Procédé de réception d'un signal de radiocommunication selon la revendication 23.
- 28. Système de transmission d'un signal selon la revendication 23, entre au moins un émetteur et au moins un récepteur.
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