FR2960112A1 - Procedes d’emission et de reception d’un signal multiporteuse, emetteur, recepteur, signal de retour et programme d’ordinateur correspondants - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de réception d'un signal correspondant à un signal multiporteuse émis par un émetteur via un canal de transmission, ledit signal multiporteuse comprenant au moins un intervalle de garde, ledit procédé de réception comprenant une étape d'estimation (11) dudit canal de transmission, délivrant une information sur ledit canal dans le domaine fréquentiel, dite réponse fréquentielle. Selon l'invention, un tel procédé comprend également : - une étape de transformation (12) de ladite réponse fréquentielle vers le domaine temporel, délivrant une réponse temporelle dudit canal, comprenant des échantillons temporels représentatifs dudit canal localisés dans un intervalle de temps présentant une longueur inférieure ou égale à celle dudit intervalle de garde, - une étape de transmission (13), audit émetteur, d'un signal de retour portant au moins lesdits échantillons temporels représentatifs dudit canal.

Description

Procédés d'émission et de réception d'un signal multiporteuse, émetteur, récepteur, signal de retour et programme d'ordinateur correspondants. 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui des communications numériques, et plus précisément des communications nécessitant une connaissance du canal de transmission à l'émission. Plus précisément, l'invention concerne l'émission et la réception d'un signal à porteuses multiples permettant d'obtenir, au niveau de l'émetteur, une estimation du canal de transmission grâce à une information remontée dans un signal de retour issu du récepteur, encore appelé «feedback ».
L'invention trouve notamment des applications dans les systèmes de transmission de type MIMO mono-utilisateur, mettant par exemple en oeuvre des faisceaux (en anglais «beamforming » pour « formation de faisceaux), ou multi-utilisateurs, mettant par exemple en oeuvre une technique de type SDMA (en anglais « spatial division multiple access » pour « accès multiple à répartition spatiale »), ou dans des algorithmes d'allocation de l'information (encore appelés « bit loading » en anglais). En particulier, l'invention trouve des applications dans les systèmes de transmission selon la norme IEEE 802.11n et ses versions à venir, notamment les versions 802.1 lac et 802.1 lad, ainsi que dans les systèmes de transmission cellulaires de future génération (en anglais « LTE Advanced » pour « Long Term Evolution Advanced ») qui utilisent la technique SDMA. 2. Art antérieur Les techniques de transmission nécessitant une connaissance du canal de transmission à l'émission présentent de nombreux avantages. Par exemple, la technique dite de « beamforming » permet de focaliser la puissance d'émission vers un récepteur particulier, et ainsi d'augmenter le rapport signal à bruit en réception.
De ce fait, il est possible de transmettre des données avec une modulation plus élevée. Le débit de transmission obtenu avec cette technique de « beamforming » nécessitant une connaissance du canal à l'émission (ie avec « feedback ») est donc plus important que le débit de transmission obtenu dans un système de transmission sans connaissance du canal à l'émission (ie sans « feedback »), comme le multiplexage spatial MIMO.
Afin d'obtenir une connaissance du canal de transmission à l'émission, il est classique, lors d'une phase de sondage préalable à la phase de transmission des données, d'estimer le canal de transmission au niveau du récepteur, en utilisant des pilotes émis par l'émetteur, puis de coder cette information pour la transmettre à l'émetteur sur une voie de retour, afin de la décoder au niveau de l'émetteur. Ce mode d'estimation du canal et d'information de l'émetteur est parfois appelé « explicit feedback », pour « retour explicite ». Malheureusement, la quantité d'information à retransmettre sur la voie de retour suivant ce mode peut facilement devenir très importante, du fait d'un nombre élevé de porteuses, du nombre de sous-canaux MIMO entre les différentes entrées et les différentes sorties, du nombre d'utilisateurs, etc. Le temps nécessaire pour transmettre ces informations de retour à l'émetteur, et donc la durée de la phase de sondage, est donc de plus en plus important, ce qui affecte l'efficacité globale de la transmission.
Il est donc souhaitable de compresser ces informations de retour afin de réduire la durée de retransmission de ce « feedback ». A cet effet, plusieurs techniques ont été proposées, notamment dans la version 802.11n de la norme Wifi. Ainsi, selon une première technique, la matrice représentative du canal de transmission entre l'émetteur et le récepteur est estimée au niveau du récepteur, puis échantillonnée sur N bits et transmise sur la voie de retour. Selon cette technique, si l'on considère un émetteur mettant en oeuvre quatre antennes d'émission (Nt = 4) et quatre antennes de réception (Nr = 4) selon la norme 802.11n, sur une bande de fréquence de 40MHz avec 114 porteuses modulées par une valeur non nulle (Np = 114 ), et en utilisant un échantillonnage sur quatre bits Te= 4, le codage de l'information de retour nécessite l'utilisation de 14592 bits (Nt x Nr x Np X Te X 2 = 14592, où le facteur 2 provient de l'envoi de données complexes). Selon une deuxième technique, telle que décrite dans le document IEEE P802.1ln/D11.0 Draft standard for Information Technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications Amendment 5: Enhancements for Higher Throughput, Chapitre 20.3.12.2.5, les matrices représentatives des sous-canaux MIMO sont compressées en utilisant des rotations de Givens afin d'effectuer des opérations de rotation planaire.
Selon cette technique, en reprenant l'exemple précédent, il suffit d'échantillonner douze angles par porteuse pour une matrice représentative du canal de transmission de taille 4x4 (avec Nt = 4 et Nr = 4 ), ce qui revient au calcul de douze angles au lieu de seize éléments complexes selon la première technique. En utilisant un échantillonnage sur quatre bits Te = 4 , le codage des informations de retour nécessite l'utilisation de 5472 bits (12 x Np x Te = 5472 ).
Selon une troisième technique, il est encore possible de grouper les porteuses par sous-ensemble de porteuses adjacentes et de transmettre une information de canal pour ce sous-ensemble, plutôt qu'une pour chaque porteuse. Un facteur de réduction de la quantité d'information transmise de deux ou quatre peut donc encore être gagné, souvent au détriment de la qualité du feedback.
Bien que ces techniques permettent de diminuer la quantité d'informations à transmettre sur la voie de retour au cours de la phase de sondage, il est souhaitable de diminuer encore plus cette quantité d'informations. En effet, plus la quantité d'informations est importante, plus la durée de la phase de sondage est importante, ce qui diminue le temps pendant lequel une transmission haut débit peut avoir lieu. L'efficacité du système de transmission se trouve donc dégradée, puisque aucune information utile n'est transmise durant cette phase de sondage. En particulier, si la durée de la phase de sondage est trop importante, la perte de débit engendrée peut compenser complètement les gains de débits de transmission obtenus par l'utilisation d'une technique nécessitant la connaissance du canal à l'émission (ie avec « feedback »). De plus, avec les techniques de transmission actuelles et à venir, le nombre d'antennes d'émission et/ou de réception s'accroît, ainsi que le nombre de porteuses, et éventuellement le nombre d'utilisateurs (cas du SDMA notamment).
La quantité d'informations à retourner à l'émetteur est donc de plus en plus importante, et affaiblit l'efficacité des nouveaux systèmes de transmission. Ces nouveaux systèmes, qui transmettent à des débits très élevés, sont d'autant plus sensibles aux pertes de temps dues à la remontée d'informations. Il existe donc un besoin pour une nouvelle technique d'émission/réception dans des systèmes de transmission nécessitant une connaissance du canal à l'émission, permettant de diminuer la quantité d'informations transmises sur la voie de retour. 3. Exposé de l'invention L'invention propose une solution nouvelle à ce problème, sous la forme d'un procédé de réception d'un signal correspondant à un signal multiporteuse émis par un émetteur via un canal de transmission, ledit signal multiporteuse comprenant au moins un intervalle de garde, et ledit procédé de réception comprenant une étape d'estimation du canal de transmission, délivrant une information sur le canal dans le domaine fréquentiel, dite réponse fréquentielle. Selon l'invention, le procédé de réception comprend également : une étape de transformation de la réponse fréquentielle vers le domaine temporel, délivrant une réponse temporelle du canal, comprenant des échantillons temporels représentatifs du canal localisés dans un intervalle de temps présentant une longueur inférieure ou égale à celle de l'intervalle de garde, une étape de transmission, à l'émetteur, d'un signal de retour portant au moins les échantillons temporels représentatifs du canal.
L'invention propose ainsi de convertir les informations sur le canal, qui sont classiquement obtenues dans le domaine fréquentiel, vers le domaine temporel, afin de retourner à l'émetteur ces informations dans le domaine temporel.
Au contraire, selon l'art antérieur, les techniques de feedback et de compression de feedback reposent sur la transmission de l'information sur le canal telle qu'elle est obtenue et utilisée par la modulation multiporteuse, c'est-à-dire sous sa forme fréquentielle. En transmettant l'information sur le canal sous sa forme temporelle selon l'invention, on diminue la quantité d'informations transmises du récepteur vers l'émetteur. En particulier, l'étape de transformation selon l'invention permet de concentrer les échantillons temporels représentatifs du canal dans un intervalle de temps présentant une longueur inférieure ou égale à celle de l'intervalle de garde du signal multiporteuse. Ces échantillons temporels représentatifs du canal correspondent à la réponse impulsionnelle du canal.
Ainsi, il n'est pas nécessaire de transmettre l'ensemble de la réponse temporelle du canal de transmission, comprenant des échantillons temporels représentatifs du canal et des échantillons temporels représentatifs d'un bruit, mais seulement les échantillons temporels représentatifs du canal, localisés dans l'intervalle de garde, ce qui permet de diminuer encore la quantité d'informations transmises du récepteur vers l'émetteur.
En d'autres termes, l'invention permet de transmettre par feedback la réponse impulsionnelle du canal à la place de la réponse fréquentielle classiquement envoyée, ce qui permet d'obtenir un premier gain en compression. Selon une caractéristique particulière de l'invention, l'étape de transformation met en oeuvre une matrice de transfert construite en tenant compte des porteuses modulées par une valeur nulle localisées aux bords du spectre dudit signal multiporteuse et/ou au centre dudit spectre, dites porteuses nulles. De cette façon, l'invention permet de s'affranchir des effets de bords obtenus par les porteuses nulles insérées aux bords du spectre du signal multiporteuse pour limiter le recouvrement spectral avec d'autres applications utilisant des bandes de fréquence voisines.
Classiquement, ces porteuses nulles créent des effets de bords sur la réponse impulsionnelle du canal, qui devient dispersif dans le domaine temporel. L'utilisation d'une matrice de transfert construite en tenant compte des porteuses nulles selon l'invention permet de concentrer la réponse impulsionnelle du canal dans l'intervalle de garde du signal multiporteuse.
Cette nouvelle matrice de transfert permet donc d'améliorer la précision des informations à transmettre par feedback, c'est-à-dire de remonter à l'émetteur des informations permettant une meilleure estimation du canal de transmission. On améliore ainsi la qualité du feedback. Selon un premier mode de réalisation, l'étape de construction de la matrice de transfert met en oeuvre les sous-étapes suivantes : - obtention d'une matrice de taille NpxNp, notée FNp, extraite d'une matrice de Fourier de taille NxN dans laquelle on a supprimé les éléments correspondant à la position des porteuses nulles, où N correspond au nombre total de porteuses et Np au nombre de porteuses modulées par une valeur non nulle d'un symbole multiporteuse du signal multiporteuse ; décomposition de la matrice FNp en Np valeurs propres ; - détermination de la matrice de transfert de taille NpxNp, à partir d'un ensemble de valeurs propres choisies parmi les Np valeurs propres. Selon ce premier mode de réalisation, on utilise donc la matrice FNp de taille NpxNp, encore appelée fonction de transfert, pour obtenir Np échantillons dans le domaine temporel, c'est-à-dire la réponse temporelle du canal.
En particulier, l'étape de détermination met en oeuvre les étapes suivantes, pour i allant de 1àNp: affectation d'une valeur nulle aux (Np - i) valeurs propres les plus faibles parmi les Np valeurs propres ; reconstruction d'une nouvelle matrice de taille NpxNp, notée FNp , à partir des (Np - i) valeurs propres nulles et i valeurs propres non nulles ; décomposition en valeurs propres d'une matrice globale obtenue par multiplication de la matrice FNp et d'une matrice de Fourier F de taille NpxNp, et stockage des valeurs propres obtenues selon un ordre décroissant; et une étape de sélection de la matrice FNp générant la matrice globale présentant les i premières valeurs propres les plus proches de 1, stockées selon l'ordre décroissant, et les (Np - i) valeurs propres restantes les plus faibles, délivrant la matrice de transfert. En effet, la matrice FNp est généralement mal conditionnée, ce qui signifie que ses valeurs propres ne sont pas toutes identiques (le rapport entre sa plus grande valeur propre et sa plus petite valeur propre est supérieur à 1). On cherche donc à transformer cette matrice pour obtenir une matrice conditionnée sur ses i premières valeurs propres, c'est-à-dire présentant i valeurs propres identiques (ou sensiblement identiques) et (Np - i) valeurs propres quasiment nulles. Pour chaque i, on définit ainsi une matrice globale dans le domaine fréquentiel qui est bien conditionnée sur ses i premières valeurs propres. On détermine de cette façon le nombre optimal de valeurs propres à supprimer, en tenant compte de l'impact du nombre de valeurs propres sur la réponse fréquentielle du canal. Selon un deuxième mode de réalisation, l'étape de construction de la matrice de transfert met en oeuvre les sous-étapes suivantes : - obtention d'une matrice de taille Np x CP, notée FCp, extraite d'une matrice de Fourier de taille NxN dans laquelle on a supprimé les éléments correspondant à la position des porteuses nulles et conservé uniquement les CP premières colonnes, où N correspond au nombre total de porteuses et Np au nombre de porteuses modulées par une valeur non nulle d'un symbole multiporteuse du signal multiporteuse, et CP au nombre d'échantillons temporels de l'intervalle de garde ; - décomposition de la matrice FCp en CP valeurs propres ; - détermination de la matrice de transfert de taille NpxNp, à partir d'un ensemble de valeurs propres choisies parmi les CP valeurs propres.
Selon ce deuxième mode de réalisation, on utilise donc la matrice FCp de taille NpxCP, encore appelée fonction de transfert, pour obtenir directement les CP premiers échantillons dans le domaine temporel, sur lesquels sont localisés les échantillons temporels représentatifs du canal. Selon un aspect particulier de l'invention, le procédé de réception comprend une étape de réduction d'un bruit affectant les échantillons temporels représentatifs du canal, mise en oeuvre préalablement à l'étape de transmission. De cette façon, on diminue encore la quantité d'informations à remonter à l'émetteur, ce qui permet de diminuer le nombre de bits nécessaires pour coder l'information de retour et de réduire la perte de débit engendrée par les techniques « avec feedback ». En particulier, si la réponse temporelle comprend Np échantillons temporels, l'étape de réduction d'un bruit comprend les sous-étapes suivantes : détermination d'une variance du bruit a affectant les (Np - CP) derniers échantillons temporels de la réponse temporelle ; détermination d'une puissance du bruit Pbruit affectant les CP premiers échantillons temporels de la réponse temporelle, telle que Pbruit = CP X 6 ; - affectation d'une valeur nulle aux j échantillons temporels présentant les puissances les plus faibles, parmi les CP premiers échantillons temporels, tant que la somme des puissances des j échantillons est inférieure ou égale à Pbruit , délivrant (CP- j) échantillons temporels représentatifs du canal, correspondant à la réponse impulsionnelle du canal.
Il est ainsi possible de supprimer les échantillons temporels localisés dans l'intervalle de garde qui présentent une faible valeur, ce qui permet de diminuer encore la taille des informations à transmettre par feedback, et d'obtenir un deuxième gain en compression de l'information à envoyer. En particulier, le procédé de réception comprend une étape de détection des positions des échantillons temporels de la réponse impulsionnelle. Le signal de retour porte alors ces positions et les échantillons temporels de la réponse impulsionnelle . En d'autres termes, les positions des échantillons représentatifs du canal sont signalées dans le signal de retour, dans un premier champ, et seuls les échantillons temporels identifiés par ces positions sont insérés dans le signal de retour, dans un deuxième champ.
Il est ainsi possible de transmettre une nouvelle structure de trame, au niveau de la couche liaison de données MAC, formée d'une première partie portant la position des échantillons et une deuxième partie portant les informations temporelles identifiées par ces positions. Cette nouvelle structure de trame permet d'optimiser l'envoi des informations de retour. Par exemple, les positions sont codées sur un nombre de bits égal au nombre d'échantillons 10 de l'intervalle de garde (CP). L'invention concerne aussi un signal de retour transmis selon le procédé de réception décrit précédemment, portant au moins les échantillons temporels représentatifs du canal, c'est-à-dire la réponse impulsionnelle du canal. Un tel signal de retour peut, selon un mode dégradé de l'invention, porter des échantillons temporels représentatifs d'un bruit. 15 Un tel signal de retour peut bien sûr comporter les différentes caractéristiques relatives au procédé de réception décrit précédemment. Il s'agit par exemple d'un message CQI (de l'anglais « Channel Quality Indicator » pour « indicateur de qualité du canal »). Dans un autre mode de réalisation, l'invention concerne un récepteur d'un signal correspondant à un signal multiporteuse émis par un émetteur via un canal de transmission, ledit 20 signal multiporteuse comprenant au moins un intervalle de garde, et ledit récepteur comprenant des moyens d'estimation du canal de transmission, délivrant une information sur le canal dans le domaine fréquentiel, dite réponse fréquentielle. Selon l'invention, un tel récepteur comprend également : - des moyens de transformation de la réponse fréquentielle vers le domaine temporel, 25 délivrant une réponse temporelle du canal, comprenant des échantillons temporels représentatifs du canal localisés dans un intervalle de temps présentant une longueur inférieure ou égale à celle de l'intervalle de garde, des moyens de transmission, à l'émetteur, d'un signal de retour portant au moins les échantillons temporels représentatifs du canal. 30 Un tel récepteur est notamment adapté à mettre en oeuvre le procédé de réception décrit précédemment. Il s'agit par exemple d'un point d'accès d'un réseau Wifi, dans le cas d'une liaison montante, ou d'une station d'un ensemble de services de base d'un réseau Wifi, dans le cas d'une liaison descendante. Ce récepteur pourra bien sûr comporter les différentes caractéristiques relatives au procédé 35 de réception selon l'invention. Ainsi, les caractéristiques et avantages de ce récepteur sont les mêmes que ceux du procédé de réception, et ne sont pas détaillés plus amplement. L'invention concerne encore un procédé d'émission d'un signal multiporteuse via un canal de transmission, comprenant les étapes suivantes : - réception d'un signal de retour transmis selon le procédé de réception décrit précédemment, délivrant des échantillons temporels représentatifs du canal ; - transformation des échantillons temporels représentatifs du canal du domaine temporel 5 vers le domaine fréquentiel, délivrant une estimation du canal ; - mise en forme du signal multiporteuse tenant compte de l'estimation. En plus des opérations classiquement effectuées à l'émission, on propose selon l'invention de transformer les informations sur le canal, véhiculées par le signal de retour, du domaine temporel vers le domaine fréquentiel. 10 De cette façon, on peut réutiliser l'ensemble des fonctions existantes pour la mise en forme du signal multiporteuse à l'émission. De plus, on dispose à l'émission d'une bonne connaissance du canal de transmission. En effet, la transmission d'informations sur le canal dans le domaine temporel dans le signal de retour permet une meilleure estimation du canal de transmission, du fait de la précision des informations 15 obtenues en réception, notamment grâce à l'utilisation d'une matrice de transfert spécifique selon l'invention. On augmente de cette façon l'efficacité des systèmes nécessitant une connaissance du canal à l'émission. Dans un autre mode de réalisation, l'invention concerne un émetteur d'un signal 20 multiporteuse via un canal de transmission, comprenant : - des moyens de réception d'un signal de retour transmis par un récepteur tel que décrit précédemment, délivrant des échantillons temporels représentatifs du canal ; - des moyens de transformation des échantillons temporels représentatifs du canal du domaine temporel vers le domaine fréquentiel, délivrant une estimation du canal ; 25 - des moyens de mise en forme du signal multiporteuse tenant compte de l'estimation du canal. Un tel émetteur est notamment adapté à mettre en oeuvre le procédé d'émission décrit précédemment. Il s'agit par exemple d'un point d'accès d'un réseau Wifi, dans le cas d'une liaison descendante, ou d'une station d'un ensemble de services de base d'un réseau Wifi, dans le cas 30 d'une liaison montante. Cet émetteur pourra bien sûr comporter les différentes caractéristiques relatives au procédé d'émission selon l'invention. Ainsi, les caractéristiques et avantages de cet émetteur sont les mêmes que ceux du procédé d'émission, et ne sont pas détaillés plus amplement. Un autre aspect de l'invention concerne un programme d'ordinateur comportant des 35 instructions adaptées à la mise en oeuvre du procédé d'émission et/ou du procédé de réception décrits ci-dessus, lorsque le programme est exécuté par un processeur. Un tel programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation. Il peut être téléchargé depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur. 4. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 illustre les principales étapes mises en oeuvre par un procédé de réception selon un mode de réalisation de l'invention ; - les figures 2, 3 et 6 illustrent des exemples de transformation de la réponse fréquentielle du canal vers le domaine temporel ; - la figure 4 présente les principales étapes mises en oeuvre pour la construction d'une matrice de transfert, selon un premier exemple ; la figure 5 détaille l'étape de détermination de la matrice de transfert de la figure 4 ; la figure 7 illustre les valeurs propres de la matrice globale, pour différentes valeurs de i ; - la figure 8 compare l'erreur d'estimation du canal de transmission, en fonction du rapport signal à bruit, obtenue selon l'invention par rapport aux techniques de l'art antérieur ; la figure 9 illustre un algorithme de réduction du bruit affectant la réponse temporelle du canal ; - la figure 10 illustre un exemple de trame du signal de retour selon l'invention ; - les figures 1 lA et 1 lB présentent un exemple de chaîne d'émission et de réception ; les figures 12A et 12B illustrent schématiquement la structure d'un émetteur et d'un récepteur selon un mode de réalisation de l'invention. 5. Description d'un mode de réalisation de l'invention 5.1 Principe général L'invention s'inscrit dans le contexte des communications nécessitant une connaissance du canal de transmission à l'émission, où un canal de transmission est défini entre un émetteur (comprenant une ou plusieurs antennes d'émission) et un récepteur (comprenant une ou plusieurs antennes de réception). Le principe général de l'invention repose sur la transmission, du récepteur vers l'émetteur, d'une information sur le canal de transmission sous sa forme temporelle, et non sous sa forme fréquentielle, ce qui permet une compression des informations transmises sur la voie de retour. La figure 1 illustre les principales étapes mises en oeuvre par un procédé de réception d'un signal correspondant à un signal multiporteuse, par exemple de type OFDM, émis par un émetteur via un canal de transmission, selon un mode de réalisation de l'invention. Un tel procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre de diverses manières, notamment sous forme câblée ou sous forme logicielle.
Selon ce mode de réalisation, on estime le canal de transmission au cours d'une étape d'estimation 11, délivrant une information sur le canal dans le domaine fréquentiel, dite réponse fréquentielle RF. Cette estimation du canal est obtenue de manière classique, par exemple en utilisant les pilotes du signal multiporteuse.
On transforme ensuite la réponse fréquentielle du canal RF du domaine fréquentiel vers le domaine temporel au cours d'une étape de transformation 12, délivrant une réponse temporelle du canal RT, comprenant à la fois des échantillons temporels représentatifs du canal (formant la réponse impulsionnelle du canal RI) et des échantillons temporels représentatifs d'un bruit. On transmet alors à l'émetteur, au cours d'une étape de transmission 13, au moins les échantillons temporels représentatifs du canal dans un signal de retour, encore appelé feedback Fbck. Selon ce mode de réalisation, la réponse impulsionnelle du canal est localisée dans un intervalle de temps présentant une longueur, en nombre d'échantillons, inférieure ou égale à celle de l'intervalle de garde (ou préfixe cyclique) du signal multiporteuse.
On rappelle en effet que la durée d'un intervalle de garde d'un signal multiporteuse est généralement choisie pour être supérieure ou égale à l'étalement maximal des retards de la réponse impulsionnelle du canal de transmission. Par conséquent, la réponse impulsionnelle du canal présente une longueur inférieure ou égale à celle de l'intervalle de garde. Elle peut même être très inférieure à la longueur de l'intervalle de garde, selon l'environnement.
La transmission de la réponse impulsionnelle RI dans le signal de retour Fbck plutôt que de la réponse fréquentielle RF permet une réduction importante du volume de données à transmettre dans le signal de retour. En effet, puisque la taille de l'intervalle de garde est souvent inférieure à 25% de la taille de la réponse fréquentielle dans les systèmes de communication numérique, l'envoi de la réponse impulsionnelle (qui présente une longueur au plus égale à la longueur de l'intervalle de garde) permet de réduire le volume des données à transmettre par feedback (75% au minimum). Au contraire, l'envoi de la réponse fréquentielle du canal selon l'art antérieur nécessitait l'envoi de tous les coefficients d'une matrice représentative du canal de transmission. 5.2 Système de transmission « parfait » On considère dans un premier temps un système de transmission « parfait », dans lequel il n'est pas nécessaire d'introduire de porteuses nulles en bordure et/ou au centre du spectre du signal multiporteuse, par exemple pour éviter un recouvrement spectral avec d'autres applications utilisant des bandes de fréquence voisines. Dans ce cas, comme illustré en figure 2, l'étape de transformation 12 de la réponse fréquentielle du canal RF du domaine fréquentiel vers le domaine temporel délivre une réponse temporelle du canal RT comprenant à la fois des échantillons temporels représentatifs du canal (formant la réponse impulsionnelle du canal RI) et des échantillons temporels représentatifs d'un bruit.
A l'issue de cette étape de transformation 12, la réponse impulsionnelle du canal RI est localisée dans un intervalle de temps présentant une longueur inférieure ou égale à celle de l'intervalle de garde (ou préfixe cyclique) du signal multiporteuse. En d'autres termes, à même fréquence d'échantillonnage, le nombre d'échantillons temporels de la réponse impulsionnelle du canal RI est inférieur ou égal au nombre d'échantillons temporels de l'intervalle de garde, noté CP. Si la réponse impulsionnelle et l'intervalle de garde présentent une même longueur, les CP premiers échantillons de la réponse temporelle RT sont des échantillons représentatifs dudit canal et les (Np - CP) échantillons restants de la réponse temporelle RT sont des échantillons représentatifs d'un bruit, avec Np le nombre de porteuses d'un symbole multiporteuse du signal multiporteuse. Dans ce cas « parfait », l'étape de transformation 12 peut être effectuée en appliquant directement une transformée de Fourier inverse à la réponse fréquentielle RF. Pour ce faire, on multiplie par exemple une matrice représentative du canal de transmission par une matrice de Fourier inverse IFFT. 5.3 Système de transmission « réel » Dans les systèmes de transmission actuels, on insère classiquement des porteuses nulles en bordure du spectre du signal multiporteuse, notamment pour éviter un recouvrement spectral avec d'autres applications utilisant des bandes de fréquence voisines. Il est également classique d'insérer une porteuse nulle au milieu du spectre du signal multiporteuse (DC).
Dans ce cas, si l'on effectue directement une transformée de Fourier inverse sur la réponse fréquentielle RF du canal (obtenue de manière classique au cours de l'étape d'estimation 11), l'étape de transformation 12 délivre une réponse temporelle du canal RT comprenant des échantillons temporels représentatifs du canal mélangés avec les échantillons temporels représentatifs d'un bruit, comme illustré en figure 3.
L'existence de ces porteuses nulles crée en effet des effets de bords sur la réponse impulsionnelle du canal (en anglais « aliasing »), qui devient très dispersif dans le domaine temporel, et donc difficile à localiser. Selon ce mode de réalisation, l'invention propose d'utiliser une matrice de transfert spécifique lors de l'étape de transformation 12, permettant de concentrer la réponse impulsionnelle du canal sur les CP premiers échantillons de la réponse temporelle. En d'autres termes, cette matrice de transfert, construite en tenant compte des porteuses nulles localisées aux bords du spectre du signal multiporteuse et/ou au centre du spectre, permet d'obtenir une réponse temporelle du canal dont les échantillons temporels représentatifs du canal sont localisés dans un intervalle de temps présentant une longueur inférieure ou égale à celle de l'intervalle de garde.
Dans ce cas « réel », l'étape de transformation 12 n'est donc pas effectuée en appliquant directement une transformée de Fourier inverse à la réponse fréquentielle, mais en appliquant une fonction de transfert « modifiée ». Pour ce faire, on multiplie par exemple une matrice représentative du canal de transmission par une matrice de transfert spécifique. Cette nouvelle matrice de transfert permet un passage dans le domaine temporel sans effet de bord (« aliasing »). La réponse impulsionnelle du canal devient donc moins dispersive en temps 5 et est concentrée dans les CP premiers échantillons de la réponse temporelle. Cette localisation de la réponse impulsionnelle permet de n'envoyer que les trajets (ou «taps ») du canal dont le nombre est au plus égal à la longueur de l'intervalle de garde. En effet, chaque échantillon temporel de la réponse impulsionnelle, portant une valeur donnée, peut être associé à un trajet du canal. Si la réponse impulsionnelle du canal est localisée sur les CP premiers 10 échantillons de la réponse temporelle, alors le nombre de trajets (et donc de valeurs) servant à décrire le canal, transmis dans le signal de retour, est inférieur ou égal au nombre d'échantillons correspondant à l'intervalle de garde (CP). La taille des informations à transmettre est donc réduite de manière considérable, puisque la longueur de l'intervalle de garde, en nombre d'échantillons, est beaucoup plus petite que le nombre de porteuses (classiquement de l'ordre de pour un symbole 15 OFDM). A) Premier exemple de mise en oeuvre On décrit ci-après, en relation avec la figure 4, les principales étapes mises en oeuvre pour la construction d'une telle matrice de transfert. On note N le nombre total de porteuses et Np le nombre de porteuses modulées par une 20 valeur non nulle d'un symbole multiporteuse (par exemple OFDM). On entend ici par porteuses « modulées par une valeur non nulle » les porteuses portant un pilote ou des données utiles. Les porteuses « modulées par une valeur nulle », encore appelées porteuses nulles, correspondent aux porteuses insérées aux bords et/ou au milieu du spectre du signal multiporteuse. Le nombre de porteuses nulles est donc égal à (N - Np) . 25 Comme illustré en figure 4, la première étape 41 de construction de la matrice de transfert consiste à extraire, d'une matrice de Fourier de taille NxN, une matrice de taille NpxNp, notée FNp. Cette matrice FNp correspond à la matrice de Fourier de taille NxN dans laquelle on a supprimé les éléments correspondant à la position des porteuses nulles. En d'autres termes, on 30 supprime les lignes de la matrice de Fourier de taille NxN correspondant à la position des porteuses nulles. On obtient ainsi une matrice de NpxNp, notée FNp . A titre d'exemple, on considère la matrice de Fourier de taille 16x16 présentée en annexe A. Si l'on considère un nombre de porteuses nulles par symbole multiporteuse égal à 6, alors 35 la matrice FNp=10 de taille 10x10 obtenue à l'issue de la première étape 41 (en supprimant les trois premières lignes, les trois dernières lignes, et les six dernières colonnes de la matrice de Fourier 16x16), est telle que présentée en annexe B. Au cours de la deuxième étape 42 de construction de la matrice de transfert, on décompose la matrice FNp en Np valeurs propres, par exemple en utilisant la fonction SVD (en anglais « singular value decomposition », en français «décomposition en valeurs singulières »). Cette décomposition permet d'obtenir l'ensemble des valeurs singulières de la matrice FNp, et éventuellement de les stocker par ordre décroissant. A titre illustratif, en reprenant l'exemple ci-dessus, les dix valeurs propres obtenues à l'issue de la deuxième étape 42, sont les suivantes : 1. 1.0000 ; 2. 1.0000 ; 3. 1.0000 ; 4. 1.0000 ; 5. 0.9977 ; 6. 0.9318 ; 7. 0.5942 ; 8. 0.1805 ; 9. 0.0248 : 10. 0.0014.
La troisième étape 43 permet de déterminer la matrice de transfert de taille NpxNp, à partir d'un ensemble de valeurs propres choisies parmi les Np valeurs propres obtenues lors de la deuxième étape 42. On détaille ci-après, en relation avec la figure 5, les sous-étapes mises en oeuvre lors de la troisième étape 43 permettant de déterminer la matrice de transfert de taille NpxNp.
On définit une variable i, où i est un entier relatif allant de 1 à Np. Selon ce premier exemple de réalisation, on effectue les étapes suivantes, pour toutes les valeurs de i : - affectation 51 d'une valeur nulle aux (Np - i) valeurs propres les plus faibles parmi les Np valeurs propres la matrice FNp obtenues lors de la deuxième étape 42 de construction de la matrice de transfert. Cette étape permet de supprimer les valeurs propres les plus faibles ; - reconstruction 52 d'une nouvelle matrice de taille NpxNp, notée FNp, à partir des (Np - i) valeurs propres nulles et i valeurs propres non nulles ; - décomposition en valeurs propres 53 d'une matrice globale obtenue par multiplication de la matrice FNp et d'une matrice de Fourier F de taille NpxNp, et stockage des valeurs propres obtenues, selon un ordre décroissant. La multiplication de la matrice FNp par une matrice de Fourier F permet de transposer la matrice FNp dans le domaine
fréquentiel. La matrice ainsi obtenue, appelée matrice globale, est alors décomposée en 5 Np valeurs propres, par exemple en utilisant la fonction SVD. Les i premières valeurs propres de la matrice globale ainsi obtenue sont identiques (ou quasi-identiques), et les (Np - i) valeurs propres restantes sont très faibles. On peut donc considérer que la
matrice globale ainsi obtenue est bien conditionnée sur ses i premières valeurs propres. A l'issue de ces trois étapes, on obtient pour chaque valeur de i :
10 - une matrice FNp , - une matrice globale correspondant à la matrice FNp dans le domaine
fréquentiel, et Np valeurs propres associées à la matrice globale (et donc calculées dans le domaine fréquentiel), classées par ordre décroissant de valeurs. 15 En poursuivant l'exemple ci-dessus, on obtient ainsi, par exemple pour i = 8 :
la matrice FNp8=10 présentée en Annexe C ;
la matrice globale présentée en Annexe D, obtenue par transposition de la matrice FNpg 10 dans le domaine fréquentiel ;
les valeurs propres suivantes, associées à la matrice globale : 20 1. 1; 2. 1 ; 3. 1 ; 4. 1 ; 5. 1 ; 25 6. 1; 7. 1 ; 8. 0.9999 ; 9. 1.3487e-16 ; 10. 1.6816e-17. 30 La matrice globale obtenue pour i = 8 est donc bien conditionnée sur ses huit premières valeurs propres.
On sélectionne ensuite, au cours d'une étape de sélection 54, la matrice FNp générant la matrice globale présentant les i premières valeurs propres les plus proches de 1 (selon l'ordre décroissant), et les (Np - i) valeurs propres restantes les plus faibles. La matrice FNp ainsi sélectionnée est la matrice de transfert à utiliser lors de l'étape de transformation 12. Cette matrice de transfert, qui tient compte du nombre de porteuses nulles ainsi que de leur position, permet de concentrer la réponse impulsionnelle du canal sur les CP premiers échantillons de la réponse temporelle, comme illustré en figure 6, et donc de supprimer, ou à tout le moins de réduire, les effets de bord. Les (Np - CP) échantillons temporels restants de la réponse temporelle sont représentatifs d'un bruit B.
Ainsi, si l'on considère un émetteur mettant en oeuvre quatre antennes d'émission (Nt = 4) et quatre antennes de réception (Nr = 4) selon la norme 802.11n, sur une bande de fréquence de 40MHz avec 114 porteuses modulées par une valeur non nulle (Np = 114), en utilisant un échantillonnage sur quatre bits Te = 4, et en considérant une longueur d'intervalle de garde égale à 32 échantillons (CP = 32 ), le codage de l'information de retour selon l'invention nécessite l'utilisation de 4096 bits seulement (Nt x Nr x CP x Te x 2 = 4096, où le facteur 2 provient de l'envoi de données complexes), au lieu des 14592 bits selon l'art antérieur. La troisième étape 43 de construction de la matrice de transfert, illustrée en figure 5, consiste donc à supprimer certaines valeurs propres les plus faibles. C'est cette suppression qui permet d'éliminer les effets de bords. Le nombre de valeurs propres à supprimer dépend notamment des paramètres du système de transmission (nombre de porteuses modulées par une valeur non nulle Np et nombre de porteuses nulles (N - Np) . La solution proposée permet de déterminer le nombre optimal de valeurs propres à supprimer, en tenant compte de l'impact du nombre de valeurs propres sur la réponse fréquentielle du canal : - si l'on considère l'ensemble des valeurs propres de la matrice FNp, les effets de bords ne sont pas éliminés ; - à l'inverse, si l'on supprime un trop grand nombre de valeurs propres de la matrice FNp , les valeurs des échantillons temporels représentatifs du canal seront faibles, et l'on risque de perdre toute la puissance du canal (où la puissance du canal est définie par la valeur des échantillons temporels représentatifs du canal, chaque échantillon étant associé à un trajet du canal). En effet, si l'on ne considère pas un nombre suffisant de valeurs propres de la matrice FNp , alors la matrice globale obtenue par transposition de la matrice FNp dans le domaine fréquentiel (en notant i le nombre de valeurs propres conservé) présentera des valeurs propres très faibles, ce qui correspond à des valeurs des échantillons temporels représentatifs du canal très faibles. On perd donc une grande partie de la puissance du canal.
Par exemple, si l'on se place dans le contexte d'une transmission selon la norme 802.11n/ac, sur une bande de fréquence de 40MHz avec 114 porteuses modulées par une valeur non nulle (Np = 114) et 14 porteuses modulées par une valeur nulle (N =128 ), alors le nombre de valeurs propres à conserver après application de la solution selon l'invention est de 53 (i = 53 ). La matrice de transfert à utiliser pour un tel système est donc la matrice FNp5114 de taille 114x114, reconstruite à partir des 53 valeurs propres les plus grandes restantes après affectation d'une valeur nulle aux 61 valeurs propres les plus faibles lors de l'étape d'affectation 51. Afin de sélectionner la meilleure matrice de transfert (matrice FNp5114 selon cet exemple), on observe pour chaque valeur de i les valeurs propres associées à la matrice globale, classées par ordre décroissant, et on compare ces valeurs à une cible (ou masque), qui est égale à 1 pour les i premières valeurs singulières, et égale à 0 pour les (Np - i) valeurs restantes. On sélectionne la valeur de i pour laquelle les valeurs propres sont les plus proches de la cible, soit i = 53 selon notre exemple. La matrice de transfert sélectionnée est donc la matrice FNp générant la matrice globale présentant les i premières valeurs propres les plus proches de 1, et les (Np - i) valeurs propres restantes les plus faibles.
La figure 7 illustre les valeurs propres de la matrice globale, pour différentes valeurs de i, stockées par ordre décroissant à l'issue de l'étape de décomposition en valeurs propres 53. L'axe des abscisses porte l'indice des valeurs propres (classées par ordre décroissant) et l'axe des ordonnées la valeur des valeurs propres. Plus précisément, la figure 7 illustre les valeurs propres dans le domaine fréquentiel (valeurs propres de la matrice globale), en fonction du nombre de valeurs propres considérées dans le domaine temporel (suite à l'affectation d'une valeur nulle aux (Np - i) valeurs propres les plus faibles lors de l'étape d'affectation 51), c'est-à-dire différentes valeursdei(i=Np=114, i=53 et i=52). Comme illustré sur cette figure 7, en ne considérant que les 53 valeurs propres les plus importantes dans la matrice de transfert (ie en sélectionnant la matrice FNp5114 ), on retrouve dans le domaine fréquentiel un canal représenté par une matrice globale dont les valeurs propres présentent une caractéristique très intéressante : les 53 premières valeurs propres sont égales à 1, alors que les 61 autres valeurs propres sont très faibles et donc négligeables. Les effets de bord sont donc éliminés. Cette nouvelle matrice de transfert permet donc d'améliorer la précision des informations à transmettre par feedback, c'est-à-dire de remonter à l'émetteur des informations permettant une meilleure estimation du canal de transmission.
A titre illustratif, la figure 8 compare l'erreur quadratique moyenne (MSE pour « Mean Saqure Error» en anglais) au niveau de l'estimation du canal de transmission, en fonction du rapport signal à bruit, pour un feedback classique transmettant à l'émetteur une information sur le canal de transmission sous sa forme fréquentielle (courbe 81) ; un feedback transmettant à l'émetteur une information sur le canal de transmission sous sa forme temporelle, en utilisant directement une matrice de Fourier inverse au cours de l'étape 12 de transformation du domaine fréquentiel vers le domaine temporel (courbe 82) ; un feedback transmettant à l'émetteur une information sur le canal de transmission sous sa forme temporelle, en utilisant une matrice de transfert déterminée selon ce mode de réalisation au cours de l'étape 12 de transformation du domaine fréquentiel vers le domaine temporel (courbe 83). On constate que les informations sur le canal de transmission sous sa forme temporelle, obtenues en utilisant une matrice de transfert déterminée selon l'invention, sont beaucoup plus précises que celles sur le canal de transmission sous sa forme fréquentielle. La transmission à l'émetteur d'information sur le canal dans le domaine temporel est particulièrement avantageuse pour les systèmes multi-utilisateurs, tels que définis selon la norme 802.11ac. En effet, cette solution permet à la fois de réduire la taille des informations à remonter à l'émetteur et d'augmenter la précision de ces informations.
Il est également à noter qu'une telle matrice de transfert selon l'invention n'a besoin d'être déterminée qu'une seule fois pour un système de transmission donné. Ainsi, tant que le nombre total de porteuses par symbole multiporteuse (N) et le nombre de porteuses modulées par une valeur non nulle (Np) ne varie pas, pour un même couple émetteur/récepteur, la matrice de transfert construite selon l'invention reste inchangée, et n'a donc pas à être recalculée.
B) Réduction de la quantité d'informations remontées à l'émetteur Si l'on souhaite diminuer encore la taille des informations à retransmettre à l'émetteur, il est possible de réduire le bruit affectant les CP premiers échantillons de la réponse temporelle, préalablement à l'étape de transmission du signal de retour à l'émetteur. Cette option permet, une fois le canal localisé (c'est-à-dire une fois la réponse impulsionnelle du canal localisée dans les CP premiers échantillons de la réponse temporelle), de le compresser de manière adaptative.
Comme illustré en figure 6, à l'issue de l'étape de transformation 12 de la réponse fréquentielle du canal vers le domaine temporel utilisant une matrice de transfert construite comme décrit ci-dessus, la réponse impulsionnelle du canal est localisée dans les CP premiers échantillons temporels. Cependant, une partie de la puissance distribuée sur les CP premiers échantillons peut ne pas être représentative du canal de transmission, mais représentative d'un bruit. Il est également possible que le nombre d'échantillons de la réponse impulsionnelle soit très inférieur au nombre d'échantillons CP de l'intervalle de garde (ie la longueur du canal est faible devant celle de l'intervalle de garde). L'invention propose, selon cette option, de diminuer davantage la taille des informations à transmettre par feedback, en enlevant parmi les CP premiers échantillons ceux qui sont constitués de bruit additif, pour ne conserver que les échantillons temporels représentatifs du canal. Plus précisément, afin de réduire le bruit, le procédé de réception peut mettre en oeuvre les étapes suivantes : - détermination 91 d'une variance du bruit 6 affectant les (Np - CP) derniers échantillons temporels de la réponse temporelle. Par exemple, on estime la variance du bruit en calculant la moyenne des normes des (Np - CP) derniers échantillons dans le domaine temporel :
Ht2(k)I = k=1...Np-CP Np-CP dans le domaine temporel. détermination 92 d'une puissance du bruit Pbruit affectant les CP premiers échantillons temporels de la réponse temporelle, telle que Pbruit = CP X 6 . En d'autres termes, à partir de la variance 6, on détermine la puissance totale du bruit contenu dans les CP premiers échantillons. Comme il s'agit d'un bruit additif blanc gaussien, on peut remarquer que la variance est égale à la puissance d'un échantillon. - affectation 93 d'une valeur nulle aux j échantillons temporels présentant les puissances les plus faibles, parmi les CP premiers échantillons temporels, tant que la somme des puissances des j échantillons est inférieure ou égale à Pbruit , délivrant (CP - j) échantillons temporels représentatifs du canal, correspondant à la réponse impulsionnelle du canal. En d'autres termes, on supprime certains échantillons parmi les CP premiers échantillons temporels, en commençant par les échantillons présentant la puissance la plus faible, jusqu'à ce que la puissance enlevée (obtenue en sommant la en notant Ht les (Np - CP) derniers échantillons puissance des échantillons que l'on supprime) soit égale à la puissance du bruit Pbruit De cette façon, les échantillons temporels les plus faibles parmi les CP premiers échantillons, qui sont donc représentatifs d'un bruit, sont mis à zéro.
Afin de compresser la taille des informations à transmettre par feedback, on peut n'envoyer à l'émetteur que les échantillons non nuls (correspondant à la réponse impulsionnelle du canal), ainsi que la position de ces échantillons, qui pourra être utilisée par l'émetteur pour reconstruire le canal dans le domaine fréquentiel. En d'autres termes, on souhaite envoyer à l'émetteur uniquement les échantillons temporels, parmi les CP premiers échantillons de la réponse temporelle, qui n'ont pas été affectés d'une valeur nulle au cours de l'étape 93. Pour ce faire, le procédé de réception met en oeuvre, selon cette option, une étape de détection des positions des échantillons temporels de la réponse impulsionnelle, et le signal de retour porte les positions et les échantillons temporels de la réponse impulsionnelle. On construit donc, au niveau de la couche de liaison de données MAC, une nouvelle trame véhiculée par le signal de retour, illustrée en figure 10, portant, dans une première portion ou champ Pl, la position des échantillons et dans une seconde portion ou champ P2, les informations sur le canal dans le domaine temporel correspondant aux échantillons identifiés par ces positions. Classiquement, la trame MAC véhiculée par le signal de retour comprend un unique champ portant les informations sur le canal dans le domaine fréquentiel.
Pour construire la première portion Pl, on peut par exemple coder l'ensemble des positions sur CP bits, en utilisant un bit égal à 0 pour coder un échantillon nul et un bit égal à 1 pour coder un échantillon non nul. Par exemple, on considère un intervalle de garde comprenant quatre échantillons (CP = 4), dans lequel le premier échantillon et le quatrième échantillon selon l'axe des temps portent une valeur non nulle, alors que l'on a affecté une valeur nulle aux deuxième et troisième échantillons lors de l'étape 93. On code alors la valeur 9 en binaire sur quatre bits dans la première portion Pl, soit `1001', où le premier bit égal à 1 correspond au premier échantillon portant une valeur non nulle, le dernier bit égal à 1 correspond au quatrième échantillon portant une valeur non nulle, et les deux bits égaux à 0 correspondent aux deuxième et troisième échantillons portant une valeur nulle. Ainsi la première portion Pl est limitée à un nombre de bits égal à CP, ce qui est très faible par rapport à la totalité de l'information à transmettre. De plus, la taille des informations à transmettre par feedback est encore réduite car on envoie dans la deuxième portion P2 de la trame uniquement les échantillons de la réponse impulsionnelle, c'est-à-dire les échantillons portant une valeur non nulle (premier et quatrième échantillons dans l'exemple précité). Ainsi, si l'on considère un émetteur mettant en oeuvre quatre antennes d'émission (Nt = 4) et quatre antennes de réception (Nr = 4) selon la norme 802.11n, sur une bande de fréquence de 40MHz avec 114 porteuses modulées par une valeur non nulle (Np = 114), en utilisant un échantillonnage sur quatre bits Te = 4, et si l'on considère un rapport signal à bruit de 15dB pour un canal représentatif d'un espace ouvert (« open-space » en anglais), pour lequel le nombre d'échantillons non nuls obtenu est égal à l 1, le codage de l'information de retour utilisant cette option nécessite l'utilisation de 1048 bits (Nt X Nr x 11X Te x 2 =1408) pour coder l'information du canal dans le domaine temporel sur la deuxième portion P2 et 32 bits pour coder la position des échantillons sur la première portion Pl, ce qui fait un total de 1440 bits, au lieu des 14592 bits selon l'art antérieur.
Il est à noter que cette option peut fonctionner indépendamment de l'invention. En d'autres termes, un procédé d'émission ou un procédé de réception quelconque peut mettre en oeuvre l'algorithme décrit ci-dessus, dès lors qu'un tel procédé doit émettre ou recevoir des données nulles ou qui sont proches, éventuellement après quantification. Il est en effet possible de coder les positions des données non nulles pour ne transmettre que ces données non nulles, ou de coder les positions des données similaires, pour ne transmettre qu'une seule occurrence de ces données similaires. C) Deuxième exemple de mise en oeuvre On décrit ci-après un deuxième exemple de construction d'une matrice de transfert selon l'invention.
A nouveau, on note N le nombre total de porteuses et Np le nombre de porteuses modulées par une valeur non nulle d'un symbole multiporteuse (par exemple OFDM). La première étape de construction de la matrice de transfert consiste à extraire d'une matrice de Fourier de taille NxN une matrice de taille Np X CP , notée FCp . Cette matrice FCp correspond à la matrice de Fourier de taille NxN dans laquelle on a supprimé les lignes correspondant à la position des porteuses nulles, et conservé uniquement les CP premières colonnes. Au cours d'une deuxième étape, on décompose la matrice FCp en CP valeurs propres, par exemple en utilisant la fonction SVD. On note qu'il est possible d'effectuer une décomposition en valeurs propres sur des matrices non carrées. Le nombre de valeurs propres obtenues est alors égal au minimum entre le nombre de lignes et le nombre de colonnes de la matrice. Cette décomposition permet d'obtenir l'ensemble des valeurs singulières de la matrice FCp, et éventuellement de les stocker par ordre décroissant. Au cours d'une troisième étape, on détermine la matrice de transfert de taille NpxCP, à partir d'un ensemble de valeurs propres choisies parmi les CP valeurs propres obtenues lors de la deuxième étape. Pour ce faire, on met en oeuvre les étapes décrites en relation avec la figure 5, pour i allant de1àCP: affectation d'une valeur nulle aux (CP - i) valeurs propres les plus faibles parmi les CP valeurs propres obtenues lors de la deuxième étape ; - reconstruction d'une nouvelle matrice de taille Np X CP, notée FCp, à partir des 5 (CP - i) valeurs propres nulles et i valeurs propres non nulles ; décomposition en valeurs propres d'une matrice globale obtenue par multiplication de la matrice FCp et d'une matrice de Fourier F de taille NpxNp, et stockage des valeurs propres obtenues selon un ordre décroissant ; puis une étape de sélection de la matrice FCp générant la matrice globale présentant les i 10 premières valeurs propres les plus proches de 1, stockées selon l'ordre décroissant, et les (CP - i) valeurs propres restantes les plus faibles, délivrant la matrice de transfert. L'utilisation d'une matrice de transfert de taille Np X CP selon ce deuxième exemple permet donc de diminuer le nombre d'opérations à effectuer lors du passage du domaine fréquentiel vers le domaine temporel, et donc de réduire la complexité de mise en oeuvre de l'invention. 15 5.4 Exemple de chaîne d'émission et de réception On présente désormais, en relation avec les figures 11A et 11B, un exemple de chaîne d'émission et de réception dans un système de transmission MIMO mettant en oeuvre Nt antennes d'émission et Nr antennes de réception et une modulation OFDM. Côté émission, l'émetteur (par exemple un point d'accès AP) reçoit un signal de retour 20 Fbck, transmis selon le procédé de réception décrit ci-dessus, portant des échantillons temporels représentatifs du canal. Ces échantillons temporels sont alors transformés dans le domaine fréquentiel dans un module de transformation 111, délivrant une estimation du canal. Le signal multiporteuse est alors mis en forme de façon classique, en tenant compte de l'estimation du canal (codage espace/temps MIMO 112, insertion de symboles pilotes P 1131 à 113Nt, modulation 25 OFDM 1141 à 114Nt, insertion de l'intervalle de garde CP 1151 à 115Nt, émission sur les Nt antennes d'émission). On note que les opérations de codage espace/temps MIMO et d'insertion de symboles pilotes P sont mises en oeuvre dans le domaine fréquentiel, alors que les opérations d'insertion d'un intervalle de garde sont mises en oeuvre dans le domaine temporel. Côté réception, le récepteur (par exemple une station) reçoit un signal multiporteuse sur les 30 Nr antennes de réception, et met en oeuvre des opérations classiques de suppression de l'intervalle de garde CP 1211 à 12lNr, démodulation OFDM 1221 à 122Nr, extraction des pilotes P 1231 à 123Nr, estimation du canal 124 à l'aide des pilotes, délivrant une information sur le canal dans le domaine fréquentiel (réponse fréquentielle), égalisation et détection 125, délivrant une estimation des données émises. On note que les opérations de suppression de l'intervalle de garde sont mises en oeuvre dans le domaine temporel, et les opérations d'extraction des pilotes, estimation du canal, égalisation et détection, sont mises en oeuvre dans le domaine fréquentiel. En plus de ces opérations, le récepteur transforme l'estimation du canal obtenue dans le domaine fréquentiel (réponse fréquentielle) vers le domaine temporel, dans un module de transformation 126, délivrant la réponse temporelle du canal. Cette réponse temporelle comprend des échantillons temporels représentatifs du canal (correspondant à la réponse impulsionnelle du canal), localisés dans un intervalle de temps présentant une longueur inférieure ou égale à celle de l'intervalle de garde, et des échantillons temporels représentatifs d'un bruit. La réponse impulsionnelle ainsi obtenue (éventuellement après application de l'algorithme de réduction du bruit décrit ci-dessus) est codée et transmise sur la voie de retour (Fbck). 5.5 Structure des émetteurs et récepteurs On présente finalement, en relation avec les figures 12A et 12B, la structure simplifiée d'un émetteur et d'un récepteur mettant respectivement en oeuvre une technique d'émission et une technique de réception selon un mode de réalisation particulier décrit ci-dessus.
Un tel émetteur comprend une mémoire ME comprenant une mémoire tampon, une unité de traitement PE, équipée par exemple d'un microprocesseur, et pilotée par le programme d'ordinateur PgE, mettant en oeuvre le procédé d'émission selon l'invention. A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur PgE sont par exemple chargées dans une mémoire RAM avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement PE. L'unité de traitement PE reçoit en entrée des données à émettre et un signal de retour Fbck. Le microprocesseur de l'unité de traitement PE met en oeuvre les étapes du procédé d'émission décrit précédemment, selon les instructions du programme d'ordinateur PgE, pour mettre en forme le signal multiporteuse. Pour cela, l'émetteur comprend, outre la mémoire ME, des moyens de réception du signal de retour transmis par un récepteur, des moyens de transformation des échantillons temporels représentatifs du canal du domaine temporel vers le domaine fréquentiel, et des moyens de mise en forme du signal multiporteuse tenant compte de l'estimation du canal. Ces moyens sont pilotés par le microprocesseur de l'unité de traitement PE. Un tel récepteur comprend une mémoire MR comprenant une mémoire tampon, une unité de traitement PR, équipée par exemple d'un microprocesseur, et pilotée par le programme d'ordinateur PgR, mettant en oeuvre le procédé de réception selon l'invention. A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur PgR sont par exemple chargées dans une mémoire RAM avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement PR. L'unité de traitement PR reçoit en entrée le signal multiporteuse. Le microprocesseur de l'unité de traitement PR met en oeuvre les étapes du procédé de réception décrit précédemment, selon les instructions du programme d'ordinateur PgR, pour estimer les données émises et générer un signal de retour Fbck. Pour cela, le récepteur comprend, outre la mémoire MR, des moyens d'estimation du canal de transmission, des moyens de transformation de la réponse fréquentielle du canal vers le domaine temporel, des moyens de transmission d'un signal de retour portant au moins des échantillons temporels représentatifs du canal. Ces moyens sont pilotés par le microprocesseur de l'unité de traitement PR.
La mémoire MR permet également de stocker les valeurs propres obtenues lors des étapes de décomposition des matrices en valeurs propres. ~ ------ 2 O 5LQ C0OCO 4 6 ! Ci 051U + iJLIL.jl O2000 0O(5~ 0503 -6 Li OOOO 0 0.0000 2cwu+uuuuu 02310 0095/ 01768 u`/mu 00957 02310 U0~U U~~ 0.1768 O1/ 0.0000 ~ ~OU U1/00 0.1 7601i-0.0500 U~~ 1768 Ul7~! 0.0000 U~~i Ol/~ 0.1768i u00ou +ouuou uu357 u~~!u -0,1700 u0010 u 1000\ u-u!o +uum5/` uuuuu ~u0ouu/ + 0.00 07 O. 0.1700 00957 u 2u/ ~ 00500 O @ U0557 02310-0.1768 Ul/bd 00357 02500 0.0000 -01768 Ul/bd UUUUU 0050001700 i-O 2500 + 0.0000i 0 1768 + 007681 61 31000 - 0,2000 -0.1768 -1- 0.1768i. Ul/bU ^ +0,V0Jû/ U2500 +Uu0JU/ U05UU+L0UV O17GB +UWuuU U~~uu+UVUUUU2bWu+VUUuu U250U+Uu/xw 02500 + UUuUU ~~-~--- ! '00957 O2310i 81768i 0231U OO867 ~5OO O{~~û 0 1310 0005'~ O\788 OOOOO 02600 UG~E~ 02310-0.1768 1, Q.20~+O0J0~.. u >/bU+O`l n UuuUu uz5Uu 'u 1768 +0176:' 00500 + uuuuu' ul/uu V`/uu' uuuUV ^ 000u0' .c__ ___`~. 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Claims (13)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de réception d'un signal correspondant à un signal multiporteuse émis par un émetteur via un canal de transmission, ledit signal multiporteuse comprenant au moins un intervalle de garde, ledit procédé de réception comprenant une étape d'estimation (11) dudit canal de transmission, délivrant une information sur ledit canal dans le domaine fréquentiel, dite réponse fréquentielle, caractérisé en ce qu'il comprend également : - une étape de transformation (12) de ladite réponse fréquentielle vers le domaine temporel, délivrant une réponse temporelle dudit canal, comprenant des échantillons temporels représentatifs dudit canal localisés dans un intervalle de temps présentant une longueur inférieure ou égale à celle dudit intervalle de garde, - une étape de transmission (13), audit émetteur, d'un signal de retour portant au moins lesdits échantillons temporels représentatifs dudit canal.
  2. 2. Procédé de réception selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de transformation (12) met en oeuvre une matrice de transfert construite en tenant compte des porteuses modulées par une valeur nulle localisées aux bords du spectre dudit signal multiporteuse et/ou au centre dudit spectre, dites porteuses nulles.
  3. 3. Procédé de réception selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de construction de ladite matrice de transfert, mettant en oeuvre les sous-étapes suivantes : - obtention (41) d'une matrice de taille NpxNp, notée FNp, extraite d'une matrice de Fourier de taille NxN dans laquelle on a supprimé les éléments correspondant à la position desdites porteuses nulles, où N correspond au nombre total de porteuses et Np au nombre de porteuses modulées par une valeur non nulle d'un symbole multiporteuse dudit signal multiporteuse ; décomposition (42) de ladite matrice FNp en Np valeurs propres ; - détermination (43) de ladite matrice de transfert de taille NpxNp, à partir d'un ensemble de valeurs propres choisies parmi lesdites Np valeurs propres.
  4. 4. Procédé de réception selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite étape de détermination (43) met en oeuvre les étapes suivantes, pour i allant de 1 à Np : affectation (51) d'une valeur nulle aux (Np - i) valeurs propres les plus faibles parmi lesdites Np valeurs propres ; reconstruction (52) d'une nouvelle matrice de taille NpxNp, notée FNp , à partir des (Np - i) valeurs propres nulles et i valeurs propres non nulles ; - décomposition (53) en valeurs propres d'une matrice globale obtenue par multiplication de ladite matrice FNp et d'une matrice de Fourier F de taille NpxNp, et stockage des valeurs propres obtenues selon un ordre décroissant ; et une étape de sélection (54) de ladite matrice FNp générant la matrice globale présentant les i premières valeurs propres les plus proches de 1, stockées selon ledit ordre décroissant, et les (Np - i) valeurs propres restantes les plus faibles, délivrant ladite matrice de transfert.
  5. 5. Procédé de réception selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de construction de ladite matrice de transfert, mettant en oeuvre les sous-étapes suivantes : - obtention d'une matrice de taille Np X CP, notée FCp , extraite d'une matrice de Fourier de taille NxN dans laquelle on a supprimé les éléments correspondant à la position desdites porteuses nulles et conservé uniquement les CP premières colonnes, où N correspond au nombre total de porteuses et Np au nombre de porteuses modulées par une valeur non nulle d'un symbole multiporteuse dudit signal multiporteuse, et CP au nombre d'échantillons temporels dudit intervalle de garde ; - décomposition de ladite matrice FCp en CP valeurs propres ; - détermination de ladite matrice de transfert de taille NpxNp, à partir d'un ensemble de valeurs propres choisies parmi lesdites CP valeurs propres.
  6. 6. Procédé de réception selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de réduction d'un bruit affectant lesdits échantillons temporels représentatifs dudit canal, mise en oeuvre préalablement à ladite étape de transmission.
  7. 7. Procédé de réception selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite réponse temporelle comprenant Np échantillons temporels, ladite étape de réduction d'un bruit comprend les sous-étapes suivantes : - détermination d'une variance du bruit a affectant les (Np - CP) derniers échantillons temporels de ladite réponse temporelle ; - détermination d'une puissance du bruit Pbruit affectant les CP premiers échantillons temporels de ladite réponse temporelle, telle que Pbruit = CP X 6 ; affectation d'une valeur nulle aux j échantillons temporels présentant les puissances les plus faibles, parmi lesdits CP premiers échantillons temporels,, tant que la somme des puissances des j échantillons est inférieure ou égale à Pbruit , délivrant (CF- j) échantillons temporels représentatifs dudit canal, correspondant à la réponse impulsionnelle du canal ; avec CP le nombre d'échantillons temporels dudit intervalle de garde.
  8. 8. Procédé de réception selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étapede détection des positions desdits échantillons temporels de ladite réponse impulsionnelle, et en ce que ledit signal de retour porte lesdites positions et lesdits échantillons temporels de ladite réponse impulsionnelle.
  9. 9. Récepteur d'un signal correspondant à un signal multiporteuse émis par un émetteur via un canal de transmission, ledit signal multiporteuse comprenant au moins un intervalle de garde, ledit récepteur comprenant des moyens d'estimation (1l) dudit canal de transmission, délivrant une information sur ledit canal dans le domaine fréquentiel, dite réponse fréquentielle, caractérisé en ce qu'il comprend également : - des moyens de transformation (12) de ladite réponse fréquentielle vers le domaine 10 temporel, délivrant une réponse temporelle dudit canal, comprenant des échantillons temporels représentatifs dudit canal localisés dans un intervalle de temps présentant une longueur inférieure ou égale à celle dudit intervalle de garde, - des moyens de transmission (13), audit émetteur, d'un signal de retour portant au moins lesdits échantillons temporels représentatifs dudit canal. 15
  10. 10. Signal de retour transmis selon le procédé de réception de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il porte au moins lesdits échantillons temporels représentatifs dudit canal.
  11. 11. Procédé d'émission d'un signal multiporteuse via un canal de transmission, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - réception d'un signal de retour transmis selon le procédé de réception de la revendication 20 1, délivrant des échantillons temporels représentatifs dudit canal ; - transformation desdits échantillons temporels représentatifs dudit canal du domaine temporel vers le domaine fréquentiel, délivrant une estimation dudit canal ; mise en forme dudit signal multiporteuse tenant compte de ladite estimation.
  12. 12. Emetteur d'un signal multiporteuse via un canal de transmission, 25 caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens de réception d'un signal de retour transmis par un récepteur selon la revendication 9, délivrant des échantillons temporels représentatifs dudit canal ; des moyens de transformation des échantillons temporels représentatifs dudit canal du domaine temporel vers le domaine fréquentiel, délivrant une estimation dudit canal ; 30 des moyens de mise en forme dudit signal multiporteuse tenant compte de ladite estimation.
  13. 13. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1 ou selon la revendication 11 lorsque ce programme est exécuté par un processeur. 35
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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