FR2984044A1

FR2984044A1 - MIMO COMMUNICATION TERMINAL WITH POWER CONTROL

Info

Publication number: FR2984044A1
Application number: FR1161526A
Authority: FR
Inventors: Naour Jean-Yves Le; Ali Louzir; Hine Tong Dominique Lo; Jacques Perraudeau; Bernard Denis
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2013-06-14
Also published as: WO2013087508A1

Abstract

L'invention concerne l'émission de signaux dans un système de transmission sans fil multi-antennes de type MIMO NxN. Pour améliorer la gestion de la puissance du côté émission lorsqu'on connaît le débit de données nécessaire, on propose de gérer le nombre de chaînes effectivement utilisées dans l'émission lorsqu'il s'avère que le débit de données souhaité peut être atteint avec un nombre de chaînes inférieur à N. Une manière de supprimer une chaîne d'émission consiste à couper l'alimentation en énergie de cette chaîne et en particulier couper l'alimentation de l'amplificateur de puissance (PA_1, PA_2, etc.) de la chaîne. Mais on peut aussi agir de manière plus précise sur la consommation de chaque amplificateur de puissance pour la limiter au minimum nécessaire. Pour cela, on agit (circuit PCTRL) sur les points de polarisation au repos des amplificateurs de puissance des chaînes utilisées, en les écartant de la position qui permet théoriquement une transmission avec un maximum de puissance.The invention relates to the transmission of signals in a multi-antenna wireless transmission system of MIMO NxN type. To improve the power management of the transmission side when the necessary data rate is known, it is proposed to manage the number of channels actually used in the transmission when it appears that the desired data rate can be achieved with a number of channels less than N. One way of suppressing a transmission channel is to cut off the power supply of this system and in particular to cut the power supply of the power amplifier (PA_1, PA_2, etc.) from chain. But we can also act more accurately on the consumption of each power amplifier to limit it to the minimum necessary. For this, one acts (circuit PCTRL) on the points of polarization at rest of the amplifiers of power of the used chains, by moving them away from the position which theoretically allows a transmission with a maximum of power.

Description

L'invention concerne l'émission de signaux dans un système de transmission sans fil multi-antennes de type MIMO (de l'anglais "Multiple Input Multiple Output"). Sont particulièrement concernés ici les réseaux domestiques multimédia sans fil à haut débit capables de transmettre soit des données binaires à débit relativement bas soit des signaux vidéo numériques à beaucoup plus haut débit. L'application typique dans un environnement domestique (habitation ou bureau) est la transmission de données ou d'un signal vidéo numérique, y compris éventuellement un signal vidéo haute définition, entre deux boîtiers électroniques séparés, dans un local de dimensions assez modestes (quelques centaines de mètres carrés par exemple). L'un des boîtiers est appelé "point d'accès" ; il est connecté par voie filaire à un réseau de communications (réseau internet) et reçoit de ce réseau des flux de signaux qu'il ré-émet par des antennes. L'autre boîtier, équipé d'antennes de réception, est appelé "station de réception" ; il reçoit les données et les utilise. La station de réception peut-être un boîtier électronique connecté à un téléviseur (en anglais : "TV set top box"). La dénomination "station de réception" indique que la fonction principale de la station est de recevoir des données, mais cette station peut également émettre des données pour dialoguer avec le point d'accès. Le point d'accès utilise la technologie MIMO qui est une technique d'émission multi-antennes permettant d'améliorer les performances de la transmission en terme de débit et en terme de robustesse, dans les environnements où les risques d'interférences sont importants du fait des multi-trajets de propagation entre émetteur et récepteur. La technologie MIMO consiste à émettre ou recevoir des signaux en utilisant plusieurs chaînes de transmission (et de réception, mais on s'intéresse ici à la transmission) émettant par des antennes différentes ; ainsi on émet des signaux indépendants les uns des autres et on diminue le risque de pertes de données par évanouissement dû à une combinaison destructive du fait de trajets de propagation différents. The invention relates to the transmission of signals in a multi-antenna wireless transmission system of the MIMO (Multiple Input Multiple Output) type. Particularly relevant here are high-speed wireless home multimedia networks capable of transmitting either relatively low bit rate data or digital video signals at much higher rate. The typical application in a home environment (home or office) is the transmission of data or a digital video signal, including possibly a high-definition video signal, between two separate electronic boxes, in a room of rather modest size (some hundreds of square meters for example). One of the boxes is called "access point"; it is connected by wire to a communications network (Internet network) and receives from this network signal streams that it re-emits by antennas. The other housing, equipped with receiving antennas, is called "receiving station"; it receives the data and uses it. The receiving station may be an electronic box connected to a television (in English: "TV set top box"). The denomination "receiving station" indicates that the main function of the station is to receive data, but this station can also transmit data to communicate with the access point. The access point uses the MIMO technology which is a multi-antenna emission technique to improve the performance of the transmission in terms of speed and in terms of robustness, in environments where the risks of interference are important. makes multipath propagation between transmitter and receiver. MIMO technology consists of sending or receiving signals using several transmission (and reception, but here transmission) channels emitting by different antennas; thus independent signals are emitted from each other and the risk of loss of data due to fading due to a destructive combination due to different propagation paths is reduced.

Par exemple, un système MIMO utilise trois canaux d'émission et trois canaux de réception et on parle alors de MIMO 3x3. S'il y avait N canaux d'émission et M canaux de réception on parlerait de MIMO NxM. Les antennes sont partagées entre l'émission et la réception par un système de commutateurs ; en effet, les moments d'émission sont distincts des moments de réception, et les mêmes antennes peuvent donc servir à la fois en émission et en réception. Il y a en général une antenne omnidirectionnelle par voie, mais il peut arriver qu'on ait plusieurs antennes directives par voie. Un système MIMO NxM comprend en général, en ce qui concerne la partie émission : - une puce de circuit intégré MIMO qui reçoit des données à émettre, qui les traite et les utilise pour moduler en numérique des porteuses radio-fréquence et pour transmettre des signaux modulés RF sur les N sorties de la puce ; - N amplificateurs de puissance ayant leurs entrées connectées respectivement à chacune des N sorties du circuit intégré MIMO ; - N antennes reliées chacune à une sortie d'un amplificateur de puissance respectif. La puce MIMO est organisée avec un programme de fonctionnement incluant ce qu'on appelle des schémas de modulation et codage (MCS, de l'anglais "modulation and coding schemes"). Le programme permet de choisir le type de modulation des fréquences porteuses (notamment : modulation d'amplitude et modulation de phase) et le type de codage (nombre de bits de chaque symbole transmis). Le choix est fait en fonction du type de données à transmettre, c'est-à-dire qu'il dépend à la fois d'un débit de données à transmettre et d'une qualité de service demandée (on reviendra plus loin sur ce dernier point). Les schémas de modulation et codage les plus courants sont des modulations BPSK ("Binary Phase Shift Keying" : modulation de phase à deux états de phase), QPSK ("Quadrature Phase Shift Keying" ou "Quaternary Phase Shift Keying" : modulation à quatre états de phase), 8- PSK (modulation à 8 états de phase), 4QAM (modulation à deux états d'amplitude et deux états de phase) , 16QAM (modulation à seize états mixtes amplitude-phase), 64QAM (modulation à 64 états mixtes d'amplitude et de phase). D'autres schémas existent. Dans ce type de réseau domestique (habitation ou bureau) sans fil il y a en particulier deux questions auxquelles on doit porter une attention particulière : - le problème de la puissance électromagnétique rayonnée dans l'environnement ; elle doit être suffisante, vu du côté de la réception, pour que la station de réception capte sans erreur le flux de données émises, mais elle doit être limitée aux valeurs acceptables selon les normes en vigueur pour les bandes de fréquences utilisées ; - le problème de la consommation énergétique globale du système d'émission : elle est très supérieure à la puissance rayonnée car les amplificateurs de puissance en sortie de la puce MIMO ont en général des rendements relativement faibles ; c'est le cas en particulier lorsque les amplificateurs fonctionnent en classe A pour avoir une bonne linéarité ; ils ont un rendement inférieur à 20%, pouvant même descendre à quelques pourcents pour de faibles puissances rayonnées. For example, a MIMO system uses three transmit channels and three receive channels and is referred to as MIMO 3x3. If there were N transmit channels and M receive channels we would talk about MIMO NxM. Antennas are shared between transmission and reception by a system of switches; in fact, the transmission times are distinct from the reception moments, and the same antennas can therefore be used for both transmission and reception. There is usually one omnidirectional antenna per channel, but there may be more than one directional antenna per channel. A MIMO NxM system generally comprises, with regard to the transmission part: a MIMO integrated circuit chip which receives data to be transmitted, which processes them and uses them to digitally modulate radio-frequency carriers and to transmit signals RF modulated on the N outputs of the chip; - N power amplifiers having their inputs respectively connected to each of the N outputs of the integrated circuit MIMO; N antennas each connected to an output of a respective power amplifier. The MIMO chip is organized with an operating program including so-called Modulation and Coding Schemes (MCS). The program makes it possible to choose the type of modulation of the carrier frequencies (in particular: amplitude modulation and phase modulation) and the type of coding (number of bits of each transmitted symbol). The choice is made according to the type of data to be transmitted, that is to say that it depends on both a data rate to be transmitted and a requested quality of service (we will come back to this later. last point). The most common modulation and coding schemes are BPSK ("Binary Phase Shift Keying"), QPSK ("Quadrature Phase Shift Keying" or "Quaternary Phase Shift Keying" modulations phase states), 8-PSK (8-phase phase modulation), 4QAM (two-state amplitude modulation and two phase states), 16QAM (16-phase amplitude-phase mixed modulation), 64QAM (64-phase modulation) mixed states of amplitude and phase). Other schemes exist. In this type of wireless home or office network there are in particular two issues that need special attention: - the problem of electromagnetic power radiated into the environment; it must be sufficient, from the receiving side, for the receiving station to receive the transmitted data stream without error, but it must be limited to the acceptable values according to the standards in force for the frequency bands used; the problem of the overall energy consumption of the emission system: it is much greater than the radiated power because the power amplifiers at the output of the MIMO chip generally have relatively low yields; this is particularly the case when the amplifiers operate in class A to have good linearity; they have a yield of less than 20%, and can even fall to a few percent for low radiated powers.

Dans l'art antérieur, pour agir sur la puissance rayonnée et sur la puissance consommée, on utilisait essentiellement les voies suivantes : - mise en veille en cas de non utilisation ; c'est la base minimale pour réduire l'énergie consommée ; - réduction de la puissance rayonnée par atténuation du signal présenté à l'entrée des amplificateurs de puissance ; cette dernière réduction pouvait résulter d'une information renvoyée par une station de réception sur la puissance qu'elle reçoit. Dans le cas d'un système de communication multi-antennes avec une puce MIMO à N chaînes d'émission, on adoptait le plus souvent un choix de schéma de modulation et codage tendant à maximiser le débit binaire, et cela en fonction de la puissance effectivement reçue par le récepteur. La station de réception renvoyait à cet effet une information de puissance de signal reçu (information RSSI de l'anglais "Receiver Signal Strength") et éventuellement une information de taux de trames perdues (FLR de l'anglais "Frame Loss Rate"). Le point d'accès en tirait une information sur l'opportunité d'un changement de schéma de modulation et codage en cas de puissance de réception trop faible pour passer à un schéma n'autorisant qu'un débit plus faible. En effet, pour des schémas de modulation à haut débit (64QAM par exemple), le rapport signal/bruit à la réception exige une puissance reçue supérieure à celle qui est nécessaire en bas débit. Par conséquent une réception correcte pouvait exiger de modifier le schéma de modulation et codage en passant par exemple à un schéma 16QAM, sans implication directe toutefois sur la puissance consommée par la station d'émission. Dans tous les cas, le choix était fait dans un sens tendant à maximiser le débit transmis et ce n'est qu'en cas de réception insuffisante qu'on changeait de schéma de modulation et codage. L'utilisation de N chaînes d'émission fonctionnant en parallèle augmentait bien sûr, et c'est justement le principe des systèmes MIMO, la puissance reçue par la ou les stations de réception. Pour améliorer la gestion de la puissance consommée du côté émission lorsqu'on connaît le débit de données nécessaire pour un type de données à transmettre, l'invention propose d'abord de gérer le nombre de chaînes effectivement utilisées dans l'émission ; on supprime une ou plusieurs chaînes d'émission parmi les N chaînes disponibles, lorsqu'il s'avère que le débit de données souhaité peut être atteint avec une qualité de service donnée avec un nombre de chaînes inférieur à N. Une manière de supprimer une chaîne d'émission consiste à couper l'alimentation en énergie de cette chaîne et en particulier couper l'alimentation de l'amplificateur de puissance de la chaîne ou au moins de l'étage de sortie de cet amplificateur, c'est-à-dire l'étage qui consomme le plus d'énergie. In the prior art, in order to act on the radiated power and on the power consumed, the following channels were essentially used: - standby in case of non-use; it is the minimum basis for reducing the energy consumed; - reduction of the radiated power by attenuation of the signal presented at the input of the power amplifiers; this last reduction could result from information returned by a receiving station on the power it receives. In the case of a multi-antenna communication system with a MIMO chip with N transmission channels, a choice of modulation scheme and coding was generally adopted, tending to maximize the bit rate, and this as a function of the power actually received by the receiver. The receiving station for this purpose returned received signal strength information (RSSI information from the "Receiver Signal Strength") and possibly lost frame rate (FLR) information. The access point was pulling information on whether a change in modulation scheme and coding in case of reception power too low to move to a scheme allowing a lower rate. Indeed, for high-rate modulation schemes (64QAM for example), the signal-to-noise ratio at the reception requires a received power higher than that which is necessary at low bit rate. Therefore a correct reception could require to modify the scheme of modulation and coding by passing for example with a diagram 16QAM, without direct implication however on the power consumed by the station of emission. In all cases, the choice was made in a way tending to maximize the transmitted bit rate and it is only in case of insufficient reception that the modulation and coding scheme was changed. The use of N parallel-transmitting channels of course increased, and this is precisely the principle of the MIMO systems, the power received by the receiving station or stations. In order to improve the management of the power consumed on the transmission side when the data rate required for a type of data to be transmitted is known, the invention first proposes managing the number of channels actually used in the transmission; one or more of the N available channels is suppressed when it is found that the desired data rate can be achieved with a given quality of service with a number of channels less than N. A way of suppressing a transmission chain is to cut the power supply of this chain and in particular cut the power supply of the power amplifier of the chain or at least of the output stage of this amplifier, that is to say say the floor that consumes the most energy.

Ensuite, l'invention propose d'agir de manière plus précise sur la polarisation au repos de chaque amplificateur de puissance pour limiter la consommation au minimum nécessaire pour permettre d'émettre avec le débit souhaité et la qualité de service demandée. Pour cela, on agit sur le point de polarisation au repos de l'étage de sortie de l'amplificateur en l'écartant de la position qui permet théoriquement une transmission avec un maximum de puissance. En effet, le point de polarisation au repos est un facteur très important dans le rendement donc la consommation de puissance moyenne de l'amplificateur de puissance. De plus, le terminal de communication reçoit de préférence d'un récepteur une information de niveau de puissance et de qualité du signal reçu par le récepteur ; il utilise cette information pour décider de la suppression d'une chaîne et/ou pour décider de la modification de point de polarisation de l'amplificateur de puissance d'une chaîne utilisée. Ainsi, alors que dans la technique antérieure on cherchait avant tout à maximiser le débit transmis (en assurant une réception suffisante par le récepteur) sans se préoccuper de réduire la puissance émise et surtout la puissance consommée, l'invention propose au contraire de minimiser la puissance consommée pour un débit de données demandé et pour une qualité de service demandée. Cette minimisation se fait par action sur le nombre de chaînes utilisées et sur le point de polarisation au repos des amplificateurs de ces chaînes. Next, the invention proposes to act more precisely on the idle polarization of each power amplifier to limit the consumption to the minimum necessary to allow transmission with the desired bit rate and the requested quality of service. For this, one acts on the bias point at rest of the output stage of the amplifier away from the position which theoretically allows a transmission with maximum power. Indeed, the point of polarization at rest is a very important factor in the efficiency and therefore the average power consumption of the power amplifier. In addition, the communication terminal preferably receives from a receiver power level and quality information of the signal received by the receiver; it uses this information to decide on the deletion of a channel and / or to decide on the polarization point modification of the power amplifier of a used channel. Thus, while in the prior art it was sought above all to maximize the transmitted bit rate (by ensuring a sufficient reception by the receiver) without worrying about reducing the power transmitted and especially the power consumed, the invention proposes on the contrary to minimize the power consumed for a requested data rate and for a requested quality of service. This minimization is done by action on the number of channels used and on the point of polarization at rest of the amplifiers of these chains.

L'optimisation de la puissance consommée se fait dynamiquement pendant le fonctionnement, ceci en fonction des contraintes imposées par l'environnement et en fonction du débit binaire demandé et de la qualité de service demandée. The optimization of the consumed power is done dynamically during operation, this according to the constraints imposed by the environment and according to the requested bit rate and the requested quality of service.

En synthèse de ces principes, l'invention propose un procédé pour configurer le fonctionnement d'un terminal de communication multi-antennes dans un système de communication sans fil, le terminal comprenant N chaînes d'émission de signal, N>1, chaque chaîne comportant un amplificateur de puissance respectif pour l'émission de signaux modulés en fonction de données numériques à transmettre, le procédé comprenant les opérations suivantes : - réception, en même temps que des données à re-transmettre, d'une information de débit binaire souhaité et une information de qualité de service de transmission souhaitée, - sélection d'un schéma de modulation et codage permettant d'atteindre le débit de données souhaité, parmi P schémas possibles utilisant de une à N chaînes d'émission, en fonction de la consommation de puissance moyenne engendrée par ces différents schémas, - et modification des conditions de fonctionnement des amplificateurs de puissance des chaînes en fonction du schéma sélectionné 10 et en fonction de la puissance d'émission nécessaire pour une communication selon ce schéma. Cette modification inclut une coupure de l'alimentation en énergie de l'amplificateur de puissance d'au moins une des N chaînes d'émission si le schéma sélectionné utilise un nombre de chaînes inférieur à N ; elle inclut 15 de préférence aussi une modification du point de polarisation au repos de l'étage de sortie d'au moins un amplificateur d'une chaîne utilisée, pour écarter ce point de polarisation de la position qui permet une puissance d'émission maximale, si la puissance d'émission nécessaire pour le schéma sélectionné n'est pas la puissance maximale possible pour l'amplificateur. 20 Ainsi, bien que le terminal MIMO NxN possède N chaînes, il fonctionnera avec un nombre de chaînes d'émission inférieure à N si le débit binaire et la qualité de service peuvent être obtenues avec un nombre inférieur à N. Et on fera en sorte de changer les conditions de polarisation des amplificateurs, de manière à les mettre en situation d'avoir un meilleur 25 rendement pour la puissance à émettre, s'ils n'ont pas besoin d'émettre la puissance maximale. Dans la pratique, la sélection d'un schéma de modulation et codage comprend : 30 - la présélection d'au moins un schéma de modulation permettant d'atteindre le débit de données souhaité, parmi P schémas possibles utilisant de une à N chaînes d'émission, - l'évaluation de la puissance radiofréquence à émettre en sortie des amplificateurs pour chaque schéma de modulation permettant d'atteindre le débit binaire demandé, en tenant compte de la qualité de service demandée, - la sélection d'un schéma de modulation parmi les schémas nécessitant les puissances d'émission les plus faibles. La modification des conditions de fonctionnement des amplificateurs de puissance des chaînes se fait en fonction de la puissance d'émission nécessaire, dans un sens tendant à minimiser la consommation de puissance moyenne des amplificateurs. L'évaluation de la puissance d'émission nécessaire comprend le calcul, pour chaque schéma de modulation et codage permettant d'atteindre le débit requis, d'un bilan de liaison comprenant au moins une estimation de puissance reçue par une station de réception et une marge de puissance dépendant de la qualité de service demandée. L'évaluation de la puissance d'émission nécessaire peut utiliser une information, renvoyée par une station de réception, sur le niveau de puissance reçue par la station de réception. Le calcul de bilan de liaison est de préférence itératif. On part d'une puissance d'émission donnée, on calcule le bilan de liaison, on le compare à un seuil de bilan minimum souhaitable, et on décrémente ou incrémente la puissance d'émission pour recommencer itérativement le calcul et la comparaison jusqu'à atteindre le seuil minimum souhaitable. Le plus simple est de partir de la puissance d'émission maximale que peuvent émettre les amplificateurs et de décrémenter progressivement cette puissance. Outre le procédé de configuration dont les principes viennent d'être données, l'invention propose un terminal de communication multiantennes pour un système de communication sans fil, le terminal 30 comprenant : - N chaînes d'émission de signal, N>1, chaque chaîne comportant un amplificateur de puissance respectif pour l'émission de signaux modulés en fonction de données numériques à transmettre, - des moyens pour recevoir, en même temps que des données à re-transmettre, un débit binaire souhaité et une information de qualité de service de transmission, - un programme de configuration de schémas de modulation et codage du terminal, permettant de mettre en oeuvre un schéma de modulation et codage parmi P schémas possibles, caractérisé en ce que le terminal comporte des moyens pour évaluer la puissance radiofréquence à émettre sur les antennes pour chaque schéma de modulation permettant d'atteindre le débit binaire demandé, en tenant compte de la qualité de service demandée, des moyens pour sélectionner un schéma de modulation parmi les schémas nécessitant les puissances les plus faibles, et des moyens pour modifier les conditions de fonctionnement des amplificateurs de puissance des chaînes en fonction du schéma sélectionné et en fonction de la puissance d'émission nécessaire, dans un sens tendant à minimiser la consommation de puissance moyenne des amplificateurs. In synthesis of these principles, the invention proposes a method for configuring the operation of a multi-antenna communication terminal in a wireless communication system, the terminal comprising N signal transmission channels, N> 1, each channel. comprising a respective power amplifier for transmitting modulated signals according to digital data to be transmitted, the method comprising the following operations: - receiving, together with data to be re-transmitted, a desired bit rate information and desired transmission service quality information; - selection of a modulation scheme and coding to achieve the desired data rate, among possible P schemes using from one to N transmission channels, depending on the consumption of average power generated by these different diagrams, - and modification of the operating conditions of the chain power amplifiers depending on the selected scheme 10 and depending on the transmission power required for communication according to this scheme. This modification includes a cut of the power supply of the power amplifier of at least one of the N transmission chains if the selected scheme uses a number of chains less than N; it also preferably includes a modification of the idle biasing point of the output stage of at least one amplifier of a used chain, to avoid this polarization point from the position which allows a maximum transmission power, if the transmission power required for the selected scheme is not the maximum possible power for the amplifier. Thus, although the MIMO terminal NxN has N strings, it will operate with a number of transmission strings less than N if the bit rate and the quality of service can be obtained with a number less than N. And we will make sure to change the polarization conditions of the amplifiers, so as to put them in a situation to have a better efficiency for the power to be emitted, if they do not need to transmit the maximum power. In practice, the selection of a modulation and coding scheme comprises: preselecting at least one modulation scheme making it possible to achieve the desired data rate, among possible P schemes using from one to N strings of emission, - evaluation of the radio-frequency power to be emitted at the output of the amplifiers for each modulation scheme making it possible to attain the requested bit rate, taking into account the quality of service required, - the selection of a modulation scheme among schemas requiring the lowest transmission powers. Modification of the operating conditions of the power amplifiers of the chains is done according to the necessary transmission power, in a sense tending to minimize the average power consumption of the amplifiers. The evaluation of the required transmission power includes the calculation, for each modulation scheme and coding for achieving the required bit rate, of a link budget including at least one power estimate received by a receiving station and a transmission estimate. power margin depending on the quality of service requested. The evaluation of the required transmission power may use information, returned by a receiving station, on the power level received by the receiving station. The link budget calculation is preferably iterative. Starting from a given transmission power, calculating the link budget, comparing it to a desirable minimum balance threshold, and decrementing or incrementing the transmission power to iteratively repeat the calculation and comparison up to reach the minimum desirable level. The simplest is to start from the maximum transmit power that can emit the amplifiers and gradually decrement this power. In addition to the configuration method whose principles have just been given, the invention proposes a multi-antenna communication terminal for a wireless communication system, the terminal 30 comprising: N signal transmission chains, N> 1, each chain comprising a respective power amplifier for transmitting signals modulated according to digital data to be transmitted, means for receiving, together with data to be re-transmitted, a desired bit rate and quality of service information transmission system, a program for configuring modulation and coding schemes of the terminal, making it possible to implement a modulation and coding scheme among possible P schemes, characterized in that the terminal comprises means for evaluating the radiofrequency power to be transmitted on the antennas for each modulation scheme making it possible to reach the requested bit rate, taking into account the quality of the the requested service, means for selecting a modulation scheme among the schemes requiring the lowest powers, and means for modifying the operating conditions of the power amplifiers of the channels according to the selected scheme and as a function of the power of the necessary emission, in a sense tending to minimize the average power consumption of the amplifiers.

Les schémas de modulation et codage possibles utilisent toutes les configurations à partir de une seule chaîne d'émission jusqu'à N chaînes d'émission (et pas seulement des schémas pour les N chaînes à la fois), et la modification des conditions de fonctionnement des amplificateurs de puissance comprend la coupure de l'alimentation en énergie d'au moins une des N chaînes d'émission si le schéma de modulation sélectionné utilise un nombre de chaînes inférieur à N. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un système domestique de communication sans fil auquel l'invention est applicable ; - la figure 2 représente la structure générale de la partie émission d'un terminal de communication selon l'invention ; - la figure 3 représente des exemples de courbes de consommation d'un amplificateur de puissance en fonction de la puissance rayonnée pour différents rapports cycliques de modulation ; - la figure 4 représente une courbe de puissance consommée ou de courant d'alimentation de polarisation de l'étage de sortie d'un amplificateur de puissance, en fonction de la puissance émise ; - la figure 5 représente une possibilité de commande d'alimentation d'un amplificateur individuel ; - la figure 6 représente un organigramme général du processus de contrôle des amplificateurs ; - la figure 7 représente un organigramme plus détaillé ; - la figure 8 représente un exemple de diagramme de débits de transmission possibles avec différents schémas de modulation et codage ; - la figure 9 représente un diagramme de réduction de consommation possibles grâce à l'invention ; - la figure 10 représente un exemple de commande de courant de polarisation de l'étage de sortie d'un amplificateur. The possible modulation and coding schemes use all configurations from a single transmission chain up to N transmission channels (and not only schemes for the N chains at a time), and changing the operating conditions power amplifiers comprises switching off the power supply of at least one of the N transmission channels if the modulation scheme selected uses a number of channels less than N. Other features and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows and which is made with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 shows a home wireless communication system to which the invention is applicable; FIG. 2 represents the general structure of the transmission part of a communication terminal according to the invention; FIG. 3 represents examples of consumption curves of a power amplifier as a function of the radiated power for different cyclic modulation ratios; FIG. 4 represents a curve of consumed power or bias supply current of the output stage of a power amplifier, as a function of the power emitted; FIG. 5 represents a power control possibility of an individual amplifier; FIG. 6 represents a general flowchart of the control process of the amplifiers; Figure 7 shows a more detailed flowchart; FIG. 8 represents an example of a diagram of possible transmission rates with different modulation and coding schemes; FIG. 9 represents a possible consumption reduction diagram thanks to the invention; FIG. 10 represents an example of bias current control of the output stage of an amplifier.

Sur la figure 1, on a représenté symboliquement un système de communication domestique sans fil dans lequel on peut mettre en oeuvre l'invention. Dans ce système, on considère qu'il y a un point d'accès AP, qui est un terminal de communication capable de recevoir (par une liaison filaire au réseau internet par exemple) et retransmettre (par voie hertzienne, ici par exemple dans la bande des 5 GHz) des données numériques, et deux stations d'utilisation de ces données. Les stations d'utilisation sont typiquement deux boîtiers associés à des postes de télévision désignés par TVSET sur la figure 1 ; ces boîtiers (en anglais "Set Top Box") sont désignés par les références STB. La communication est principalement du point d'accès AP vers les stations STB, mais les stations peuvent aussi renvoyer des données vers le point d'accès. On s'intéressera dans la suite essentiellement au point d'accès car c'est lui qui consomme et rayonne le plus de puissance et qui nécessite donc tout particulièrement un contrôle de consommation et de puissance rayonnée, mais l'invention est applicable aussi aux stations de réception lorsqu'elles fonctionnent pour émettre des données. Le point d'accès AP reçoit d'internet et retransmet différentes sortes de données, et notamment des données à débit relativement faible et des données à haut ou très haut débit. Les données à bas débit peuvent être des informations (DATA) à destination de l'utilisateur ; les données à haut débit peuvent être un signal vidéo numérique (video) ; les données à très haut débit peuvent être un signal de télévision numérique haute définition (HD video). On associe aux données transmises par internet une information de débit binaire demandé (DBR) pour permettre cette transmission, ainsi qu'une information de qualité de service (QoS) ; cette dernière représente des exigences différentes de bilan de liaison selon le type de données à retransmettre, ici typiquement trois qualités de service : "données" (données à bas débit), "vidéo" (vidéo standard), et "HD vidéo" (vidéo à haute définition). Ces deux informations QoS et DBR sont reçues en général par le point d'accès en même temps que les données à re-transmettre, et elles influent sur le programme de fonctionnement du terminal de communication. A titre d'exemple, une qualité de service "données" sera associée à un débit qui peut être inférieur à 1 Mbit/s ; une qualité de service "vidéo" peut requérir entre 2 et 8 Mbits/s ; une qualité de service "vidéo HD" peut requérir 15 Mbits/s ; et enfin, une transmission simultanée de plusieurs signaux vidéo haute définition pourra nécessiter un débit de 50 Mbits/s. La figure 2 représente un schéma bloc de la partie émission du terminal AP. La partie réception n'est pas représentée, mais il faut signaler qu'elle utilise les mêmes antennes et la même puce de circuit intégré que la partie émissive. Le terminal comprend essentiellement une puce de circuit intégré MIMO (de l'anglais "Multiple Input Multiple Output") qui traite les données numériques reçues à son entrée pour les convertir en signaux radiofréquence modulés. Les signaux sont modulés par N chaînes d'émission différentes et sont émis sur N sorties de la puce. Ces sorties sont reliées chacune à l'entrée d'un amplificateur de puissance respectif PA_1 à PA _N et les sorties des amplificateurs sont appliquées à N antennes différentes (en général omnidirectionnelles) représentées sur la figure 2 comme un système d'antennes ANT. Une puce MIMO à N chaines d'émission et N chaînes d'émission est appelée puce MIMO NxN. En général il y a autant de chaînes de réception que de chaînes d'émission. Le traitement des données numériques et la modulation des signaux radiofréquence sont effectués dans un coeur de circuit qui est désigné par MIMO_CORE sur la figure 2. Une des caractéristiques des circuits de traitement MIMO est qu'ils sont capables de moduler les signaux radiofréquence selon plusieurs schémas de modulation et codage différents, et le choix du schéma est en général fait pour que le récepteur reçoive un débit de données aussi élevé que possible (sans erreur). Certains débits de données plus élevés sont plus sujets à des erreurs si le récepteur est trop éloigné et on peut être amené alors à changer le schéma de modulation et codage pour passer à une modulation plus sûre mais à débit moindre. Le coeur de circuit MIMO _CORE gère habituellement ce choix de schéma en fonction d'informations provenant du récepteur, et notamment en fonction d'une information de puissance reçue et/ou de taux de trames perdues. Le schéma de réception d'informations en provenance du récepteur n'est pas représenté. Par ailleurs, un circuit TPC de contrôle de puissance d'émission, recevant cette information du récepteur, peut agir sur le coeur de circuit MIMO CORE. In Figure 1, there is shown symbolically a wireless home communication system in which the invention can be implemented. In this system, it is considered that there is an access point AP, which is a communication terminal capable of receiving (by a wired connection to the Internet network for example) and retransmitting (over the air, here for example in the 5 GHz band) digital data, and two stations using this data. The utilization stations are typically two boxes associated with TV sets designated by TVSET in Figure 1; these boxes (in English "Set Top Box") are designated by the references STB. Communication is mainly from the AP access point to the STB stations, but the stations can also send data back to the access point. We will focus in the following essentially to the access point because it is he who consumes and radiates the most power and therefore particularly requires a control of consumption and radiated power, but the invention is also applicable to the stations when they operate to transmit data. The AP access point receives from the internet and retransmits different kinds of data, including relatively low rate data and high or very high data rate data. The low bit rate data may be information (DATA) to the user; the broadband data may be a digital video signal; very high speed data can be a high definition digital television signal (HD video). Data sent over the Internet is associated with requested bit rate information (DBR) to enable this transmission, as well as quality of service (QoS) information; the latter represents different link budget requirements depending on the type of data to be retransmitted, here typically three qualities of service: "data" (data at low bit rate), "video" (standard video), and "HD video" (video) high definition). These two QoS and DBR information are generally received by the access point together with the data to be re-transmitted, and they affect the operating program of the communication terminal. By way of example, a "data" quality of service will be associated with a bit rate that may be less than 1 Mbit / s; a "video" quality of service may require between 2 and 8 Mbps; "HD video" quality of service may require 15 Mbps; and finally, a simultaneous transmission of several high definition video signals may require a bit rate of 50 Mbps. FIG. 2 represents a block diagram of the transmission part of the terminal AP. The receiving part is not represented, but it should be noted that it uses the same antennas and the same integrated circuit chip as the emitting part. The terminal essentially comprises a MIMO (multiple input multiple output) chip which processes the digital data received at its input to convert them into modulated radio frequency signals. The signals are modulated by N different transmission chains and are transmitted on N outputs of the chip. These outputs are each connected to the input of a respective power amplifier PA_1 to PA _N and the outputs of the amplifiers are applied to N different antennas (generally omnidirectional) shown in Figure 2 as an antenna system ANT. A MIMO chip with N transmit channels and N transmit channels is called MIMO chip NxN. In general there are as many reception channels as there are broadcast channels. The processing of the digital data and the modulation of the radiofrequency signals are carried out in a circuit core which is designated by MIMO_CORE in FIG. 2. One of the characteristics of the MIMO processing circuits is that they are capable of modulating the radio frequency signals according to several diagrams. of different modulation and coding, and the choice of the scheme is generally made so that the receiver receives a data rate as high as possible (without error). Some higher data rates are more prone to errors if the receiver is too far away and you may have to change the modulation and coding scheme to switch to safer but lower bit rate modulation. The MIMO circuit core _CORE usually manages this choice of scheme based on information from the receiver, and in particular based on received power information and / or lost frame rates. The scheme for receiving information from the receiver is not shown. Furthermore, a transmission power control circuit TPC, receiving this information from the receiver, can act on the MIMO CORE circuit core.

Enfin, on a représenté sur la figure 2 un circuit de contrôle de puissance consommée PCTRL, qui reçoit du coeur de circuit MIMO des informations sur la nécessité de modifier la puissance consommée par les amplificateurs de puissance des différentes chaînes, en fonction de calculs qui sont exécutés dans le coeur de circuit. Ce circuit PCTRL commande directement l'alimentation des amplificateurs de puissance, soit pour couper l'alimentation soit pour modifier le point de polarisation au repos des amplificateurs dans un sens tendant à augmenter ou réduire leur consommation de puissance. La figure 3 représente la consommation en courant d'alimentation d'un amplificateur de puissance, exprimée en milliampères (la tension d'alimentation Vc étant supposée fixe et égale à 5 volts) en fonction de la puissance de sortie Pout émise en sortie, exprimée en dBm. Trois courbes sont représentées, correspondant à des rapports cycliques d'émission différents, de 99%, 64%, et 26% respectivement. Le schéma de modulation est un schéma à haut débit (64QAM), la fréquence de porteuse est de 5,25 GHz, et le débit binaire est de 54Mb/s. Quel que soit le rapport cyclique, on voit que la puissance consommée est stable pour de faibles puissances émise sur l'antenne (jusqu'à 10 ou 12dBm), et croît ensuite plus ou moins fortement selon le rapport-cyclique ON/OFF d'émission. Dans tous les cas le rendement reste très faible, la puissance consommée par chacun des amplificateurs ne descendant jamais au-dessous d'1 watt du fait du fonctionnement en classe A des amplificateurs et montant à 2 watts pour une puissance émise de 24dBm (250 milliwatts) et un rapport-cyclique de 99%. Le rendement est de 12,5% à 24dBm (250 mW/2000 mW) et de moins de 2% à 14dBm (25 mW/1400 mW). Finally, FIG. 2 shows a consumed power control circuit PCTRL, which receives information from the MIMO circuit core on the need to modify the power consumed by the power amplifiers of the different channels, according to calculations which are executed in the circuit core. This PCTRL circuit directly controls the power supply of the power amplifiers, either to cut the power supply or to modify the bias point at rest of the amplifiers in a direction tending to increase or reduce their power consumption. FIG. 3 represents the consumption of power supply current of a power amplifier, expressed in milliamperes (the supply voltage Vc being assumed to be fixed and equal to 5 volts) as a function of the output power Pout emitted at the output, expressed in dBm. Three curves are represented, corresponding to different emission cycle ratios, of 99%, 64%, and 26% respectively. The modulation scheme is a high rate scheme (64QAM), the carrier frequency is 5.25 GHz, and the bit rate is 54Mb / s. Whatever the duty cycle, we see that the power consumption is stable for low power transmitted on the antenna (up to 10 or 12dBm), and then increases more or less strongly according to the cyclic ratio ON / OFF of program. In all cases the efficiency remains very low, the power consumed by each of the amplifiers never descending below 1 watt due to the operation of class A amplifiers and amounting to 2 watts for a power output of 24dBm (250 milliwatts ) and a cyclic ratio of 99%. The efficiency is 12.5% at 24dBm (250 mW / 2000 mW) and less than 2% at 14dBm (25 mW / 1400 mW).

La consommation au repos des amplificateurs est définie par le point de fonctionnement du transistor d'amplification principal de l'étage de sortie de l'amplificateur, c'est-à-dire sa tension émetteur-collecteur (ou source-drain pour un transistor MOS) et son courant de collecteur (ou de drain). On peut modifier ce point de fonctionnement notamment en agissant sur la valeur du courant continu injecté dans ce collecteur par une source de courant. Pour obtenir une puissance de sortie importante dans un amplificateur linéaire, notamment un amplificateur fonctionnant en classe A ou AB, on est obligé de choisir un point de repos consommant une puissance importante car la consommation au repos est directement liée au besoin de puissance à émettre. Les amplificateurs sont réglés avec un point de repos permettant d'émettre une puissance maximale. Mais si on a besoin d'émettre une puissance plus faible, on peut agir sur le point de polarisation au repos pour d'une part abaisser la consommation au repos et d'autre part augmenter le rendement de l'amplificateur (puissance émise/puissance consommée) car ce rendement dépend du point de polarisation pour une même puissance émise. The idle power consumption of the amplifiers is defined by the operating point of the main amplification transistor of the amplifier output stage, that is to say its emitter-collector voltage (or source-drain for a transistor MOS) and its collector current (or drain). This operating point can be modified in particular by acting on the value of the direct current injected into this collector by a current source. To obtain a large output power in a linear amplifier, including an amplifier operating in class A or AB, it is necessary to choose a resting point consuming a large power because the idle power is directly related to the power requirement to be emitted. The amplifiers are set with a rest point to output maximum power. But if we need to emit a lower power, we can act on the point of polarization at rest to firstly lower the idle power and secondly increase the efficiency of the amplifier (power output / power consumed) because this efficiency depends on the polarization point for the same power emitted.

La figure 4 représente une autre courbe montrant la dépendance entre la puissance Pc consommée, ou le courant continu Ic consommé, et la puissance de sortie émise Pout pour un amplificateur fonctionnant en classe A, en se plaçant à rendement constant, c'est-à-dire en adaptant le courant de polarisation au repos jusqu'à obtenir le rendement souhaité pour la puissance de sortie Pout désirée. Les courbes de puissance et de courant d'alimentation sont pratiquement superposées en une seule courbe, c'est-à-dire que la consommation de puissance est directement liée au courant de polarisation. L'échelle de gauche donne le courant en milliampères ; l'échelle de droite donne la puissance consommée. Cela veut dire que si on peut se contenter d'une puissance de sortie limitée, par exemple 21 dBm au lieu de 24dBm on peut modifier le courant de polarisation au repos jusqu'à aboutir à une puissance consommée limitée, ici deux fois plus faible, pour le même rendement. FIG. 4 represents another curve showing the dependence between the power Pc consumed, or the continuous current Ic consumed, and the output power emitted Pout for an amplifier operating in class A, by setting itself at constant efficiency, that is to say ie by adjusting the bias current at rest until the desired output is obtained for the desired output power Pout. The power and supply current curves are practically superimposed in a single curve, that is, the power consumption is directly related to the bias current. The scale on the left gives the current in milliamperes; the scale on the right gives the power consumed. This means that if we can be content with a limited output power, for example 21 dBm instead of 24 dBm, we can modify the bias current at rest until we reach a limited power consumption, here twice as low, for the same performance.

C'est pourquoi on prévoit selon l'invention : - de désactiver au moins une chaîne d'émission, en coupant au moins l'alimentation en énergie de son amplificateur de puissance, si on peut assurer une communication fiable seulement avec les autres chaînes qui restent actives ; - et/ou, pour les chaînes qui restent actives, de modifier le point de polarisation au repos de l'amplificateur de manière à limiter la consommation en fonctionnement et même au repos, à condition bien sûr que cette modification continue à permettre l'émission d'une puissance suffisante pour que le récepteur puisse recevoir les données correctement. La figure 5 représente sous forme simplifiée la commande de 5 consommation au repos des amplificateurs de puissance par action sur un courant d'alimentation continu qui vient limiter la consommation en modifiant le point de fonctionnement au repos. On peut envisager par exemple que l'amplificateur PA soit alimenté en énergie à travers une source de courant continu de valeur 10 variable SC, dont la valeur est commandée par l'intermédiaire d'une information numérique fournie par le coeur de circuit MIMO_CORE. Sur la figure 5, on a représenté cette commande par un convertisseur numérique analogique DAC commandant sous forme analogique une source de courant variable SC, mais on peut évidemment aussi prévoir une commande 15 numérique directe, les sorties numériques du coeur de circuit commandant directement la mise en service ou l'interruption de plusieurs sources de courant en parallèle. On peut prévoir que pour un état particulier de la commande, la source de courant fournit un courant nul ; l'amplificateur de puissance ne 20 reçoit alors plus de courant d'alimentation ; il interrompt la chaîne d'émission et ne consomme plus de puissance. Cela revient donc à supprimer une des N chaînes d'émission et on peut compléter cette suppression en neutralisant d'autres éléments de cette chaîne. Pour d'autres états de la commande de puissance, le coeur de 25 circuit MIMO définit une valeur de courant de polarisation continu adaptée en fonction des besoins des récepteurs. On peut aussi, comme c'est indiqué en pointillés sur la figure 5, prévoir une commande de coupure complète ON-OFF de l'amplificateur, cette commande provenant du coeur de circuit MIMO_CORE mais étant dans 30 ce cas distincte de la commande de réglage du courant de polarisation. La commande de puissance consommée est définie, selon l'invention, d'abord par le besoin de débit binaire et de qualité de service demandés mais elle peut être définie également par une information de niveau de puissance reçu, déterminée par le récepteur et renvoyée au terminal d'émission. This is why it is provided according to the invention: to deactivate at least one transmission chain, by cutting at least the power supply of its power amplifier, if reliable communication can only be ensured with the other channels which remain active; and / or, for the chains which remain active, to modify the point of polarization at rest of the amplifier so as to limit the consumption in operation and even at rest, provided of course that this modification continues to allow the emission sufficient power for the receiver to receive the data correctly. FIG. 5 shows, in simplified form, the control of the idle power of the power amplifiers by action on a continuous supply current which limits the consumption by modifying the operating point at rest. For example, it can be envisaged that the amplifier PA is supplied with energy through a DC source of variable value SC, the value of which is controlled by means of digital information provided by the MIMO_CORE circuit core. In FIG. 5, this control is represented by a DAC analog digital converter controlling in analog form a variable current source SC, but it is obviously also possible to provide a direct digital control, the digital outputs of the circuit core directly controlling the setting in service or interruption of multiple power sources in parallel. It can be provided that for a particular state of the control, the current source provides a zero current; the power amplifier then receives no more supply current; it interrupts the transmission chain and consumes no more power. This amounts to removing one of the N channels and we can complete this deletion by neutralizing other elements of this chain. For other states of the power control, the MIMO circuit core defines a DC bias current value adapted according to the needs of the receivers. It is also possible, as shown in dashed lines in FIG. 5, to provide a complete ON-OFF switch-off command of the amplifier, this command coming from the circuit core MIMO_CORE but being in this case different from the control command bias current. The consumed power control is defined, according to the invention, first by the requested data rate and quality of service requirement, but it can also be defined by received power level information, determined by the receiver and sent back to the receiver. transmission terminal.

La figure 6 indique l'organigramme général du processus d'établissement d'une modification de puissance consommée par les amplificateurs de puissance si le débit binaire à transmettre et la qualité de service demandée ne nécessitent pas que les N chaînes d'émission soient toutes utilisées d'une part et utilisées à leur puissance maximale d'autre part. FIG. 6 shows the general flowchart of the process of establishing a power modification consumed by the power amplifiers if the bit rate to be transmitted and the quality of service requested do not require that the N broadcast chains are all used. on the one hand and used at their maximum power on the other.

Le programme interne au coeur de circuit intégré MIMO_CORE recueille d'abord une valeur D de débit binaire DBR des données arrivant au terminal de communication et une valeur Q de qualité de service QoS demandée compte-tenu de la nature des données à transmettre. Le programme examine les différents schémas de modulation et codage possibles ; il sélectionne les schémas de modulation permettant d'atteindre le débit D ; il prend en compte les informations de puissance reçue par le récepteur ; il calcule le bilan de liaison (en anglais : "link budget"), c'est-à-dire la puissance à émettre pour une certaine puissance reçue par le récepteur (puissance minimale pour une réception sans erreur), compte-tenu de ce qu'on connait des pertes de propagation et des gains (gains d'antenne, etc.), et en prenant une marge pour tenir compte des risques d'interférences destructives dues aux réflexions multiples. La marge est fixée notamment en fonction de la qualité de service QoS. Puis le programme sélectionne le schéma de modulation et codage, incluant la suppression de chaînes d'émission inutiles pour atteindre le débit binaire et la qualité de service demandée. La sélection se fait sur la base d'une consommation de puissance minimale de l'ensemble des chaînes d'émission. Par conséquent, parmi les différents schémas de modulation et codage, on retiendra celui qui permet de minimiser la consommation de puissance. En particulier, il faut noter que certains types de modulation consomment plus que d'autres mais de toutes façons la suppression d'un chaîne non nécessaire joue un rôle particulièrement fort dans la réduction de consommation. Enfin, le coeur MIMO_CORE détermine le réglage de puissance des amplificateurs des chaînes non supprimées et établit la commande 5 numérique correspondante à envoyer au circuit PCTRL. La figure 7 détaille l'organigramme de la figure 6. On examinera cet organigramme en relation aussi avec la figure 8 qui donne un exemple de possibilités de débit binaire en fonction des 10 schémas de modulation MCS utilisés. Sur la figure 8, les schémas de modulation utilisent soit une seule chaîne d'émission (schémas MCSO à MCS7) soit deux chaînes (schémas MCS8 à MCS15), soit encore trois chaînes (schémas MCS16 à 23), le circuit MIMO étant ici un circuit MIMO 3x3. Les débits possibles sont portés en abscisse, en mégabits/seconde 15 pour chaque schéma. Sans entrer dans le détail, les schémas de modulation de chaque groupe vont d'une modulation BPSK (très faible débit binaire possible) à une modulation 64QAM (débit de 5 à 10 fois plus important), en passant par d'autres schémas permettant des débits intermédiaires. Après réception des informations de débit binaire demandé D et 20 de qualité de service Q, on effectue une pré-sélection des schémas de modulation MCSA, MCSB, MCSC, etc. qui permettent d'atteindre ce débit D. Figure 8 : pour un débit de 50 Mbits/s, la modulation 64QAM avec une seule chaîne (schéma MCS7) permet tout juste d'y arriver mais pratiquement il faut plutôt deux chaînes (schémas MCS12 à MCS15) et on peut le faire aussi 25 avec trois chaînes (schémas MCS19 à 23). Les autres schémas sont écartés car ils ne permettent pas d'atteindre le débit binaire D demandé. Il est donc important de noter que le programme de sélection comporte l'examen de schémas de modulation et codage qui comportent soit une soit deux soit trois chaînes et non pas seulement des schémas de 30 modulation à trois chaînes comme on le ferait classiquement pour une puce MIM03x3. The internal program at the heart of an integrated circuit MIMO_CORE first collects a DBR data rate D value of the data arriving at the communication terminal and a quality QoS Q value requested, taking into account the nature of the data to be transmitted. The program examines the different schemes of modulation and coding possible; it selects the modulation schemes for reaching the rate D; it takes into account the power information received by the receiver; it calculates the link budget (in English: "link budget"), that is to say the power to be emitted for a certain power received by the receiver (minimum power for a reception without error), taking into account this that we know propagation losses and gains (antenna gains, etc.), and taking a margin to take into account the risks of destructive interference due to multiple reflections. The margin is fixed in particular according to the QoS quality of service. Then the program selects the modulation scheme and coding, including the removal of unnecessary transmission channels to achieve the bit rate and quality of service requested. The selection is made on the basis of a minimum power consumption of all the transmission chains. Consequently, among the various modulation and coding schemes, one will retain the one that minimizes the power consumption. In particular, it should be noted that some types of modulation consume more than others but in any case the suppression of an unnecessary string plays a particularly strong role in reducing consumption. Finally, the MIMO_CORE core determines the power setting of the amplifiers of the undeleted strings and establishes the corresponding digital command to be sent to the PCTRL. Figure 7 details the flowchart of Figure 6. This flow chart will also be discussed in connection with Figure 8 which gives an example of bit rate capability based on the MCS modulation schemes used. In FIG. 8, the modulation schemes use either a single transmission channel (MCSO to MCS7 diagrams) or two channels (MCS8 to MCS15 diagrams), or three channels (MCS16 to 23 diagrams), the MIMO circuit being here a 3x3 MIMO circuit. The possible bit rates are plotted as abscissa, in megabits / second for each scheme. Without going into detail, the modulation schemes of each group range from a BPSK modulation (very low bit rate possible) to a 64QAM modulation (5 to 10 times higher rate), through other schemes allowing intermediate flows. After receiving the requested bit rate information D and quality of service Q, pre-selection of the MCSA, MCSB, MCSC, and other modulation schemes is performed. D Figure 8: For a bit rate of 50 Mbits / s, the 64QAM with a single string (MCS7 scheme) just made it happen, but practically two channels (MCS12 diagrams to MCS15) and can also be done with three chains (schemes MCS19 to 23). The other schemes are discarded because they do not make it possible to reach the requested bit rate D. It is therefore important to note that the selection program involves the examination of modulation and coding schemes which comprise either one or two or three strings and not just three-channel modulation schemes as would conventionally be done for a chip. MIM03x3.

On analyse la puissance reçue au récepteur, qui est une information de force de signal ("Signal Strength") fournie par un circuit dit circuit RSSI dans le récepteur et envoyée par le récepteur au terminal AP. Une information de taux de perte de trames (FLR, "Frame Loss Rate") peut aussi être envoyée par le récepteur et utilisée par le terminal. De ces informations ainsi que d'autres, le circuit MIMO tire un calcul de bilan de liaison B_MCS pour chacun des schémas MCS présélectionnés, MSCA, MCSB, MCSC, etc. Le bilan peut être considéré comme étant le rapport entre la puissance émise par le système d'antennes et une puissance minimale que le récepteur doit recevoir pour que la communication soit correcte, en tenant compte des pertes de propagation, des gains d'antennes, et d'une marge liée aux risques d'interférences destructives dues aux multi-trajets. Ce budget dépend du schéma de modulation. Et il dépend de la qualité de service Q car une marge plus grande doit être utilisée pour une qualité de service supérieure ("video" supérieure à "données"). Une information de retour en provenance du récepteur (puissance reçue, taux de perte de trames) peut être utilisée dans ce calcul de budget. Pour chaque schéma de modulation MCS on ne se contente pas d'un seul calcul de bilan de liaison, mais on effectue plusieurs calculs pour des puissances d'émission souhaitables différentes. On effectue ce calcul de préférence de manière itérative, par exemple en partant d'une puissance émise plus élevée et en la diminuant progressivement jusqu'à ce que le bilan de liaison devienne trop faible. The received power is analyzed at the receiver, which is signal strength information provided by a so-called RSSI circuit in the receiver and sent by the receiver to the AP terminal. Frame Rate Loss (FLR) information can also be sent by the receiver and used by the terminal. From this and other information, the MIMO draws a B_MCS link budget calculation for each of the pre-selected MCS schemes, MSCA, MCSB, MCSC, and so on. The balance can be considered as the ratio between the power emitted by the antenna system and a minimum power that the receiver must receive for communication to be correct, taking into account propagation losses, antenna gains, and a margin linked to the risks of destructive interference due to multipathing. This budget depends on the modulation scheme. And it depends on the quality of service Q because a larger margin must be used for higher quality of service ("video" higher than "data"). Feedback information from the receiver (received power, frame loss rate) can be used in this budget calculation. For each MCS modulation scheme, not only one link budget calculation is performed, but several calculations are performed for different desirable transmission powers. This calculation is preferably performed iteratively, for example starting from a higher transmitted power and decreasing gradually until the link budget becomes too low.

Pour chaque schéma MCS présélectionné, le circuit MIMO calcule de préférence un bilan de liaison B_MCS en considérant d'abord que la puissance émise par les amplificateurs des chaînes utilisées dans ce schéma (une ou deux ou trois chaînes) est égale à la puissance maximale que peuvent fournir la ou les chaînes d'émission utilisées dans le schéma. For each preselected MCS scheme, the MIMO circuit preferably calculates a B_MCS link budget by first considering that the power transmitted by the channel amplifiers used in this scheme (one or two or three channels) is equal to the maximum power that can provide the transmission channel (s) used in the scheme.

On compare le budget à un niveau de référence nécessaire pour assurer une communication correcte. The budget is compared to a reference level necessary to ensure correct communication.

Si le budget B_MCS est suffisant pour un schéma de modulation et codage donné utilisant une ou deux ou trois chaînes d'émission, on décrémente la puissance d'émission et on calcule à nouveau le budget pour ce schéma, et ainsi de suite jusqu'à ce qu'on constate que le budget devient insuffisant. Lorsqu'il devient insuffisant, on incrémente à nouveau le niveau de puissance à émettre pour le remettre au niveau précédent où le budget était suffisant. On stocke l'information de puissance d'émission correspondante Pout, en relation avec le schéma MCS pour laquelle elle a été calculée. On fera attention que le calcul de puissance à émettre dépend du rapport cyclique d'émission/non émission et que ce rapport dépend du schéma de modulation lui-même et du débit envisagé. On passe au calcul pour le schéma MCS suivant. On aboutit à la fin à une table de puissances Pout à émettre pour chacun des schémas. On sélectionne le schéma qui correspond à une puissance totale minimale, et on attribue à la ou les chaînes de ce schéma une puissance à émettre qui correspond au résultat de calcul stocké. On divise cette puissance à émettre par le nombre de chaînes utilisées dans ce schéma et on obtient la puissance à émettre pour chaque amplificateur. If the budget B_MCS is sufficient for a given modulation and coding scheme using one or two or three transmission chains, the transmission power is decremented and the budget for this scheme is calculated again, and so on until what we see is that the budget becomes insufficient. When it becomes insufficient, the level of power to be emitted is incremented again to return it to the previous level where the budget was sufficient. The corresponding transmission power information Pout is stored in relation to the MCS scheme for which it has been calculated. It will be noted that the calculation of the power to be emitted depends on the cyclic ratio of emission / non-emission and that this ratio depends on the modulation scheme itself and on the rate envisaged. We proceed to the calculation for the following MCS scheme. We end up with a power table Pout to emit for each of the diagrams. We select the schema that corresponds to a minimum total power, and we assign to the channel (s) of this schema a power to be transmitted that corresponds to the stored calculation result. We divide this power to be emitted by the number of channels used in this diagram and we obtain the power to be emitted for each amplifier.

Le premier résultat de cet algorithme est donc une information sur la nécessité de couper l'alimentation d'une chaîne d'émission ou plusieurs ou au contraire la nécessité de conserver les N chaînes. Le second résultat utilise la puissance à émettre pour chaque amplificateur pour déterminer un réglage de polarisation de l'amplificateur à une position de point de fonctionnement qui donne un rendement maximum pour cette puissance à émettre. C'est une information numérique qui peut se traduire, comme expliqué en référence à la figure 3, par une commande de sélection de sources de courant parmi plusieurs sources. On pourrait agir sur le point de polarisation également par des tensions d'alimentations variables. The first result of this algorithm is therefore information on the need to cut the power of a transmission channel or more or the contrary the need to keep the N chains. The second result uses the power to be transmitted for each amplifier to determine a bias setting of the amplifier at an operating point position which gives maximum output for that power to be emitted. It is a digital information which can be translated, as explained with reference to FIG. 3, by a command for selecting sources of current among several sources. One could act on the point of polarization also by variable supply voltages.

Si on applique cet algorithme au cas de la figure 8 pour un débit demandé de 50 Mégabits/seconde, on aboutit à une sélection du schéma de modulation MCS13 à deux chaînes parce qu'il nécessite la plus faible puissance à émettre. La puissance consommée par les amplificateurs sera minimale si on adopte le schéma MCS13 et si on modifie le point de polarisation des deux amplificateurs de manière à optimiser le rendement en fonction de la puissance à émettre. La figure 9 représente un diagramme de puissances consommées, dans lequel on a reporté, pour chacun des schémas de modulation et codage qui permettent d'atteindre le débit demandé, deux puissances consommées : d'une part la puissance consommée sans contrôle de puissance (conditions initiales) et d'autre part la puissance consommée avec contrôle de puissance optimisé par l'algorithme itératif. Le schéma qui consomme la puissance la plus faible (parce qu'il nécessite la puissance d'émission la plus faible) est d'après ce diagramme le schéma MCS13. Il nécessite la suppression d'une chaîne d'émission. If this algorithm is applied to the case of FIG. 8 for a requested bit rate of 50 megabits / second, the result is a selection of the two-channel MCS13 modulation scheme because it requires the lowest power to be transmitted. The power consumed by the amplifiers will be minimal if we adopt the MCS13 scheme and if we change the polarization point of the two amplifiers in order to optimize the performance according to the power to be emitted. FIG. 9 represents a diagram of consummated powers, in which, for each of the modulation and coding schemes which make it possible to attain the requested bit rate, two power consumptions are reported: on the one hand the power consumed without power control (conditions initials) and on the other hand the power consumed with power control optimized by the iterative algorithm. The scheme that consumes the lowest power (because it requires the lowest transmission power) is according to this diagram the MCS13 scheme. It requires the deletion of a broadcast channel.

Enfin, la figure 10 représente schématiquement un exemple de réalisation de la commande de polarisation. L'amplificateur PA est constitué par un préamplificateur d'entrée 10, suivi d'un étage d'adaptation d'impédance 12, qui attaque en radiofréquence la base d'un transistor 14. Ce transistor constitue véritablement l'étage de puissance de l'amplificateur et c'est cet étage dont la consommation doit être la mieux contrôlée. La base du transistor est polarisée par une tension continue V_bias, à travers une connexion inductive qui permet de ne pas court-circuiter la radiofréquence à amplifier. L'émetteur est à la masse. Le collecteur du transistor est polarisé par un courant d'alimentation continu à travers une connexion inductive. La sortie radiofréquence est prise sur le collecteur du transistor et attaque un étage d'adaptation d'impédance 16. La sortie de cet étage constitue la sortie de l'amplificateur PA et elle est dirigée vers une antenne associée à l'amplificateur. Finally, Figure 10 shows schematically an embodiment of the polarization control. The amplifier PA is constituted by an input preamplifier 10, followed by an impedance matching stage 12, which radio frequency drives the base of a transistor 14. This transistor is truly the power stage of the transistor. amplifier and it is this stage whose consumption must be the best controlled. The base of the transistor is biased by a DC voltage V_bias, through an inductive connection which makes it possible not to short-circuit the radio frequency to be amplified. The transmitter is grounded. The collector of the transistor is biased by a continuous supply current through an inductive connection. The radiofrequency output is taken on the collector of the transistor and drives an impedance matching stage 16. The output of this stage constitutes the output of the amplifier PA and is directed to an antenna associated with the amplifier.

Le courant de polarisation continu du collecteur du transistor est fourni par une source de courant commandée SC. Cette source est constituée par un miroir de courant à deux transistors PNP dont le transistor de sortie 18 recopie sur son collecteur avec un coefficient multiplicateur lié à sa taille, le courant de collecteur d'un transistor d'entrée 20. Le courant du transistor 20 est imposé par la tension appliquée à sa résistance de collecteur 22. Cette tension est établie par un convertisseur numérique- analogique (DAC) qui reçoit une valeur numérique de commande issue du coeur de circuit MIMO_CORE. Le courant continu de collecteur du transistor 18 est appliqué au collecteur du transistor 14 de l'étage d'amplification principal de l'amplificateur PA.10 The DC bias current of the transistor collector is provided by a controlled current source SC. This source is constituted by a current mirror with two PNP transistors whose output transistor 18 copies on its collector with a multiplier coefficient related to its size, the collector current of an input transistor 20. The current of the transistor 20 is imposed by the voltage applied to its collector resistor 22. This voltage is established by a digital-analog converter (DAC) which receives a digital control value from the MIMO_CORE circuit core. The collector DC current of transistor 18 is applied to the collector of transistor 14 of the main amplifier stage of amplifier PA.10.

Claims

REVENDICATIONS1. A method for configuring the operation of a multi-antenna communication terminal in a wireless communication system, the terminal comprising N signal transmission channels, N> 1, each channel comprising a respective power amplifier (PA_1, .. .PA_N) for the transmission of modulated signals according to digital data to be transmitted, the method comprising the following operations: - reception, together with data to be re-transmitted, of a desired bit rate information (DBR) and desired transmission quality of service (QoS) information; selecting a modulation and coding scheme for achieving the desired data rate from among possible P schemes (MCSO to MCS23) using from one to N channels; emission, according to the average power consumption generated by these different diagrams, - and modification of the operating conditions of the power amplifiers of the chains in function tion of the selected scheme and as a function of the transmission power required for communication according to this scheme.

2. Method according to claim 1, characterized in that the modification of the operating conditions of the power amplifiers comprises switching off the power supply of the power amplifier of at least one of the N transmit channels if the modulation scheme selected uses a number of channels less than N.

3. Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the modification of the operating conditions of the power amplifiers comprises modifying a quiescent polarization point of an output stage of at least one power amplifier of a transmission channel used to move it away from a position allowing maximum transmission power if the transmission power required for the selected scheme is not the maximum possible power for the amplifier.

4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the selection of a modulation scheme and coding comprises: - the preselection of at least one modulation scheme and coding to achieve the data rate desired, among possible P schemes using one to N transmission chains, - the evaluation of the radiofrequency power (Pout) to be output of the amplifiers for each modulation scheme to achieve the requested bit rate, taking into account the quality of service required, - the selection of a modulation scheme among the schemes requiring the lowest transmission powers.

5. Method according to claim 4, characterized in that the evaluation of the necessary transmission power comprises the calculation, for each modulation and coding scheme making it possible to reach the required bit rate, of a link budget comprising at least a power estimate received by a receiving station and a power margin depending on the quality of service requested.

The method according to claim 5, characterized in that the necessary transmission power evaluation comprises a link budget calculation for a given transmission power, a comparison to a desirable minimum balance threshold, and an iterative cycle. successive decrements of the specified transmission power and a calculation of the link budget, until the minimum threshold is reached.

7. Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that the evaluation of the necessary transmission power uses an information, returned by a receiving station, the power level received by the receiving station.

8. Multi-antenna communication terminal for a wireless communication system, the terminal comprising: - N signal transmission chains, N> 1, each chain comprising a respective power amplifier (PA_1, ... PA_N) for the transmission of modulated signals as a function of digital data to be transmitted; means for receiving, together with data to be transmitted, a desired bit rate (DBR) and transmission quality of service information (QoS); a program for configuring modulation and coding schemes (MCSO to MCS23) of the terminal, making it possible to implement a scheme for modulation and coding among possible P schemes (MCSO at MCS23), characterized in that the terminal comprises means for evaluating the radiofrequency power to be transmitted on the antennas for each modulation scheme making it possible to reach the requested bit rate, taking into account the quality of service required, means for 20 s selecting a modulation scheme among the schemes requiring the lowest powers, and means for modifying the operating conditions of the power amplifiers of the chains according to the selected scheme and as a function of the necessary transmission power, in a direction tending to minimize the average power consumption of the amplifiers.

9. Communication terminal according to claim 8, characterized in that the possible modulation and coding schemes use one to N transmission channels, and the modification of the operating conditions of the power amplifiers comprises the power failure. in energy of at least one of the N transmission channels if the selected modulation scheme uses a number of channels less than N.

10. Communication terminal according to one of claims 8 and 9, characterized in that the modification of the operating conditions of the power amplifiers comprises the modification of a bias point at rest of an output stage of at least a power amplifier of a transmission chain to move it away from a position allowing a maximum transmission power if the transmission power required for the selected scheme is not the maximum power possible for the amplifier.

11. Communication terminal according to one of claims 8 to 10, characterized in that the evaluation of the necessary transmission power uses information, returned by a receiving station, on the power level received by the station. reception.