FR3052939A1 - Procede de formation d'une pluralite de faisceaux pointant respectivement vers une pluralite d'equipements terminaux, equipement emetteur et programme d'ordinateur associes - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de formation d'une pluralité de faisceaux pointant vers une pluralité d'équipements terminaux, à partir d'au moins un réseau d'antennes d'un équipement émetteur ledit au moins un réseau d'antennes comprenant au moins une couche comprenant au moins deux antennes. Un tel procédé est particulier en ce qu'il comprend - une étape (T1) d'obtention de mesures d'angles représentatives d'au moins une direction d'arrivée par équipement terminal de la pluralité d'équipements terminaux, et pour un équipement terminal (Uk) de la pluralité de terminaux : - une étape (T2) de calcul d'une puissance d'interférences générée par le faisceau dudit terminal sur les autres terminaux en fonction des mesures d'angles déterminées pour la pluralité d'équipements terminaux, - une étape (T3) de calcul d'une puissance d'émission à allouer au terminal en fonction de la puissance d'interférences calculée, et - une étape (T4) de formation du faisceau pointant vers ledit équipement terminal en fonction des mesures d'angles obtenues et de la puissance d'émission allouée

Description

Procédé de formation d'une pluralité de faisceaux pointant respectivement vers une pluralité d'équipements terminaux, équipement émetteur et programme d'ordinateur associés 1. Domaine de l'invention

Le domaine de l'invention est celui des communications radio.

Plus précisément, l'invention propose une technique permettant de construire les diagrammes de rayonnement d'un réseau d'antennes d'un émetteur, encore appelé faisceaux, pointant respectivement vers une pluralité d'équipements terminaux présents dans la cellule de l'équipement émetteur, de façon à aboutir à une focalisation spatiale efficace tout en minimisant les interférences inter-utilisateurs. Ladite cellule correspond à la zone géographique couverte par le rayonnement de l'équipement émetteur. L'invention trouve des applications dans tous domaines nécessitant l'échange d'informations entre un émetteur et plusieurs récepteurs. Un tel émetteur peut être une station de base, par exemple de type eNodeB (en anglais « evolved Node B ») pour les réseaux basés sur les technologies LTE ou LTE Advanced, un point d'accès Wi-Fi, etc. Un terminal peut être de type smartphone, tablette, objet connecté, etc.

En particulier, l'invention trouve des applications dans les réseaux mobiles de communication actuels (3G, 4G, LTE, etc) ou à venir (5G et suivantes), notamment pour les transmissions en visibilité directe (LOS) au sein de systèmes dits « Massive ΜΙΜΟ » (pour Multi Input Multi Output, en anglais), qui sont des systèmes à grand nombre d'antennes au niveau de de l'équipement émetteur.

Elle est particulièrement adaptée aux cellules de communication radio de petite taille, (Femto cells, en anglais) agencées pour exploiter des fréquences très élevées, correspondant à des ondes millimétriques. 2. Art antérieur

Avec le développement des réseaux d'antennes, les stations de base présentent une plus grande intelligence, et peuvent notamment focaliser leur diagramme de rayonnement selon une direction particulière.

De telles techniques d'orientation de faisceau, appelées « beam steering » ou « beamforming » en anglais, reposent sur l'utilisation de plusieurs antennes en réseau, et sur l'activation ou le déphasage de certaines antennes pour diriger le faisceau. L'utilisation de plusieurs antennes en réseau permet en effet de combiner leur capacité de rayonnement pour augmenter le gain ou réduire les interférences dans une ou plusieurs directions prédéterminées. Les premières techniques de beamforming ne s'appuyaient que sur un calcul de déphasage entre les antennes (mis en oeuvre par exemple grâce à des déphaseurs analogiques). Elles permettaient de ne «pointer» que vers un seul utilisateur. Dans la suite du document on appellera «réseau analogiques» ce type de système. Les techniques de beamforming plus récentes, encore appelées techniques de précodage permettent de pointer simultanément vers plusieurs utilisateurs en utilisant des informations du canal. Les traitements sont réalisés en bande de base de façon numérique. Dans les systèmes hybrides, on peut mixer ces deux types de traitements, analogique et numérique.

On assiste aujourd'hui à une densification des réseaux mobiles en milieu urbain, avec l'installation de nouveaux émetteurs couvrant des zones de service plus localisées, afin de répondre à des besoins accrus des usagers en connectivité. On forme ainsi des cellules de petites tailles (femtocells, en anglais).

Dans le même temps, la raréfaction du spectre radio pousse à l'exploitation de fréquences porteuses très élevées (ondes millimétriques - mmWaves) afin de bénéficier de bandes passantes potentiellement très larges et dont certaines jusqu'alors inexploitées. On s'attend notamment à un accroissement notable du nombre de bandes à ces fréquences allouées aux télécommunications (WRC15). Notons qu'en pratique, on parle de systèmes de transmissions en ondes millimétriques pour des fréquences porteuses supérieures à 6 GHz.

Il en résulte que le recours à des cellules de petite taille comprenant des émetteurs dotés d'un grand nombre d'antennes présente plusieurs avantages :

Elles sont bien adaptées à des transmissions en ondes millimétriques. En effet, à ces fréquences, les atténuations en espace libre sont très importantes et imposent une réduction des distances de propagation ; la probabilité qu'un utilisateur se retrouve en visibilité directe de l'émetteur (canal de type LOS pour « Line-of-Sight », en anglais) y est élevée ; l'utilisation d'émetteurs équipés d'un nombre important d'antennes rend possible, par les mécanismes de formation de faisceaux, la focalisation de l'énergie des signaux dans des directions stratégiques de l'espace correspondant aux positions des utilisateurs notamment. La focalisation spatiale est ainsi une solution naturelle à la lutte contre les pertes en espace libre.

On comprend que dans une telle cellule, les utilisateurs sont proches les uns des autres et que la communication entre l'émetteur de la cellule et le terminal récepteur d'un utilisateur génère des interférences sur les signaux transmis entre cet émetteur et les terminaux des utilisateurs voisins.

Sur la Figure IA, on a représenté un équipement émetteur EE comprenant un réseau d'antennes RA doté d'une pluralité M d'antennes. L'équipement EE émet des données vers K, entier supérieur ou égal à 2, terminaux d'utilisateurs ük, sur N sous-porteuses, avec N entier non nul. Pour ce faire, il comprend une unité de précodage spatial PC 12 de son réseau d'antennes, apte à partager entre les équipements terminaux ük les ressources spatiales du réseau d'antennes, selon une technologie de type SDMA (pour « Spatial Division Multiple Access », en anglais), connue de l'homme de métier. Plus précisément, cet unité de précodage 12 détermine les caractéristiques des K faisceaux d'ondes à émettre vers les différents utilisateurs en allouant un niveau de puissance aux N sous-porteuses de chaque antenne pour chaque utilisateur, de façon à répartir la puissance totale disponible et à orienter les faisceaux de façon adéquate. Cette répartition est réalisée par NRF chaînes RF, avec 1 < NRF <M entier non nul, qui viennent commander les M antennes du réseau d'antennes RA.

Comme illustré par la figure IA, on considère par exemple un ensemble de données D 11 à transmettre à un ou plusieurs équipements terminaux. N symboles de données sont envoyés au bloc de traitement 12. Ce bloc 12 réalise les calculs en bande de base et le précodage des symboles à transmettre aux antennes du réseau RA. Il prend en compte une estimation de canal CE 14 et d'une estimation d'angle d'arrivée DoA 13, réalisées préalablement. Les données D sont mises en trame dans autant de signaux radiofréquence que de chaînes de transmission RF 14i, ..., 14m. Il s'agit d'une mise en oeuvre numérique de la chaîne d'émission.

En variante, illustrée par la figure IB, on considère une chaîne de transmission hybride, selon laquelle chaque signal radiofréquence issu d'une des Nrf chaînes RF est envoyé dans une pluralité de déphaseurs analogiques (15i,i, ..., 15i,na), ..., (15nrf,i, , 15nrf,na), chaque déphaseur étant relié à une antenne, la pluralité des couples (déphaseur analogique, antenne) formant par exemple un réseau analogique de NA antennes linéaires. Ces déphaseurs permettent de dépointer le faisceau dans une direction choisie. Ils sont contrôlés par le bloc 12.

On applique donc dans ce cas à la fois un déphasage à chaque signal radiofréquence analogique pilotant une antenne du réseau d'antennes du terminal, et un précodage à au moins un symbole numérique transmis sur une chaîne RF, pour obtenir un décalage de l'axe du lobe principal de l'antenne globale dans la direction d'arrivée de l'équipement terminal.

Une telle technique hybride permet de conserver un nombre élevé d'antennes dans le réseau d'antennes, tout en réduisant le nombre de chaînes RF. En effet, paralléliser un grand nombre de chaînes RF est complexe.

On peut également noter que sur le schéma de la figure IB, le nombre NA d'antennes reliées à chaque chaîne RF est le même. Néanmoins, dans la pratique, ce nombre peut varier d'une chaîne RF à une autre.

On note que pour qu'un tel système hybride puisse viser et communiquer simultanément avec plusieurs équipements terminaux, il est nécessaire de viser dans la même direction avec la totalité des réseaux analogiques qui suivent chaque chaîne RF. Par conséquent, seuls les équipements terminaux présents dans la direction du faisceau analogique formé peuvent communiquer simultanément avec l'équipement émetteur.

Selon l'art antérieur, l'unité 12 exploite une connaissance des paramètres ou réponse H des canaux de transmission entre l'équipement émetteur et les K équipements terminaux. L'équipement émetteur réalise donc une transmission multi-utilisateurs multi-antennes (MU-MIMO) qui dessert simultanément tout ou partie des équipements terminaux par un partage de la ressource spatiale (SDMA pour « Spatial Division Multiple Access », en anglais). Dans un tel système, grâce au précodage spatial, plusieurs utilisateurs peuvent utiliser la totalité de la bande passante simultanément, et ce en complément éventuel des techniques d'accès classiques qui consistent à partager les ressources temporellement (TDMA pour « Time Division Multiple Access », en anglais) et/ou fréquentiellement (FDMA pour « Frequency Division Multiple Access », en anglais) et/ou par codes (CDMA pour « Code Division Multiple Access », en anglais).

Comme cette technique de partage des ressources spatiales ne garantit pas toujours une parfaite orthogonalité entre les signaux émis à destination des différents équipements terminaux, les signaux reçus subissent des interférences dites « inter-utilisateurs ». Ce phénomène d'interférence est un facteur limitant de performance de la technique SDMA, et plus généralement des systèmes MU-MIMO à précodage spatial.

En relation avec la Figure 2, on illustre la notion d'interférence inter-utilisateurs. Le faisceau Fl destinée à l'équipement terminal U1 est certes orienté vers lui, mais il « bave » dans la direction d'un équipement terminal U2 voisin, si bien que la transmission d'un faisceau d'ondes vers ce deuxième équipement terminal U2 s'en trouve nécessairement impactée. On appelle aussi cette nuisance, effet de fuite (pour « Leakage », en anglais). La puissance de « leakage » dépend directement de l'algorithme de précodage et d'allocation de puissance utilisé puisque ce dernier conditionne la propagation des ondes de l'émetteur vers les différents équipements terminaux récepteurs.

On connaît du document intitulé « Leakage-based Power Allocation for Relaxed SLNR Beamforming in Multi Cell Mü-MIMO Systems, publié par Dong et al ; dans les Proceedings de la conférence IEEE ICCS, en 2014, une solution permettant d'allouer à chaque équipement terminal un niveau de puissance qui est fonction de la quantité d'interférence qu'il génère vers les autres utilisateurs de la cellule.

Ce calcul de l'interférence inter-utilisateurs nécessite une estimation complète de la réponse Fl du canal de transmission, de la même manière que pour calculer les coefficients du précodeur. Cela signifie, dans le cas général d'un système à M antennes d'émission et à N sous-porteuses, que le leakage associé à l'utilisateur k est calculé de la manière suivante :

(Eq. 1) où gj[n] est le vecteur comprenant, pour la sous-porteuse n, les M coefficients d'atténuation fréquentielle associés aux M liens antenne-à-antenne entre l'émetteur et le récepteur. De même, Wk[n] est le vecteur de précodage construit à partir des coefficients d'atténuation pour la sous-porteuse n des canaux entre l'utilisateur UÆet l'équipement émetteur EE. A titre d'exemple, le précodeur dénommé Conjugate Beamforming s'exprime avec un formalisme tel que :

avec (·)Η transformée hermitienne. A l'image de cette expression, il apparaît clairement que le calcul de la puissance d'interférence inter-utilisateurs s'appuie sur une connaissance complète de la réponse du canal de propagation construite à partir des réponses en fréquence de l'ensemble des MxK liens pour l'ensemble des sous-porteuses. 3. Inconvénients de l'art antérieur

Un inconvénient de la technique décrite dans ce document est qu'elle nécessite une estimation préalable du canal de transmission entre l'émetteur et l'équipement terminal. Or, cette estimation est complexe car plus la fréquence porteuse fc est élevée, plus le temps pendant lequel le canal est considéré stable (ce qui correspond à un temps dit de de cohérence Te) est court. On exprime généralement le temps de cohérence comme suit :

avec

la variation maximale en fréquence liée à l'effet doppler provoqué par l'élément rayonnant, vmax la plus grande vitesse de la cellule et c la vitesse de la lumière dans le vide.

Autrement dit, plus la fréquence porteuse est élevée, plus les paramètres du canal changent rapidement et plus l'estimation du canal doit être répétée souvent. 4. Objectifs de l'invention L'invention vient améliorer la situation. L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.

Plus précisément, un objectif de l'invention est de proposer une solution d'allocation de puissance entre plusieurs terminaux avec lesquels un émetteur a établi une communication radio, qui soit moins complexe et en particulier qui ne nécessite pas d'estimation de canal. 5. Exposé de l'invention

Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé de formation d'une pluralité de faisceaux pointant respectivement vers une pluralité d'équipements terminaux, à partir d'au moins un réseau d'antennes d'un équipement émetteur, ledit au moins un réseau d'antennes comprenant au moins deux antennes.

Le procédé selon l'invention comprend : une étape d'obtention de mesures d'angles représentatives d'au moins une direction d'arrivée par équipement terminal de la pluralité d'équipements terminaux, et pour un équipement terminal de la pluralité de terminaux : une étape de calcul d'une puissance d'interférences générée par le faisceau dudit terminal sur les autres terminaux en fonction des mesures d'angles déterminées pour la pluralité d'équipements terminaux, une étape de calcul d'une puissance d'émission à allouer au terminal en fonction de la puissance d'interférences calculée, et une étape de formation du faisceau pointant vers ledit équipement terminal en fonction des mesures d'angles obtenues et de la puissance d'émission allouée. L'invention propose une approche tout-à-fait nouvelle et inventive de la formation d'une pluralité de faisceaux par le réseau d'antennes radio d'un équipement émetteur d'une cellule de communication radio vers une pluralité d'équipements récepteurs, qui s'appuie sur une caractérisation angulaire de la structure des canaux de transmission entre l'équipement émetteur et chacun des terminaux de la pluralité de terminaux récepteurs. Cette caractérisation est réalisée à partir des angles d'arrivées associés à la position des terminaux de la cellule relativement à l'équipement émetteur. L'invention exploite ensuite cette caractérisation angulaire pour évaluer la puissance d'interférence générée par le faisceau destiné à un terminal sur les des autres terminaux de la cellule, sans nécessiter la mise en oeuvre d'une estimation préalable de paramètres des canaux de transmission.

De cette façon, la solution proposée offre un gain élevé en termes de qualité de transmission, sans grande complexité au niveau de l'équipement émetteur. Elle est plus simple à mettre en oeuvre et moins coûteuse (en termes de ressources de transmission comme en termes de coût physique) qu'une technique à base d'estimation de canal. De plus, une telle technique d'estimation des angles d'arrivée peut être mise en œuvre quelle que soit la fréquence utilisée pour la transmission, alors que les techniques d'estimation de canal deviennent d'autant plus complexes que la fréquence est élevée, du fait de la décroissance du temps de cohérence du canal lorsque la fréquence augmente.

En outre l'estimation des angles d'arrivée ne nécessite pas d'être répétée à une fréquence aussi élevée que l'estimation de canal, car elle n'est pas contrainte de la même manière. Elle dépend intrinsèquement du nombre d'antennes M du réseau d'antennes lequel conditionne la largeur du faisceau généré par l'équipement émetteur pour viser chaque équipement terminal. Ainsi, une périodicité requise de l'estimation peut être déterminée pour chaque cas d'usage en fonction de la distance entre l'équipement émetteur et les terminaux utilisateurs, de la vitesse maximale que ces terminaux sont susceptibles d'atteindre dans la cellule couverte par l'équipement émetteur, et du nombre d'antennes M dont bénéficie cet équipement émetteur.On constate que notamment pour les petites cellules agencées pour exploiter des fréquences élevées, la durée pendant laquelle la direction d'arrivée d'un équipement terminal reste valable est bien plus longue que le temps de cohérence du canal de transmission. L'invention est donc particulièrement adaptée à des communications à des fréquences élevées, dans une cellule de petite taille, au sein de laquelle les trajets de propagation directs sont prépondérants et les trajets secondaires limités, surtout que dans ce cas le nombre de mesures d'angles d'arrivée à obtenir est réduit.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, lesdites mesures de direction d'arrivée estimées comprennent au moins une mesure d'angle d'élévation et une mesure d'angle d'azimut par équipement terminal. Il est à noter que toute l'invention est décrite avec une estimation des angles en élévation et en azimut, mais que n'importe quelle expression relative à ces angles d'arrivée dans un autre système de coordonnées est possible.

Dans le cas d'une transmission purement LOS, seul le trajet de propagation direct vers l'équipement terminal est considéré. La puissance d'interférence causée par le faisceau formé vers un équipement terminal sur le faisceau formé vers un équipement terminal voisin peut ainsi être évaluée à partir de la simple connaissance d'une paire de mesures d'angles d'arrivée de cet équipement terminal voisin.

Selon un autre aspect de l'invention, l'étape de calcul d'une puissance d'interférence générée par le faisceau de l'équipement terminal sur les autres équipements terminaux est en outre fonction d'un facteur d'affaiblissement associé à au moins un trajet de propagation vers un autre terminal d'utilisateur.

Avantageusement, ce facteur d'affaiblissement correspond aux pertes subies par le signal transmis par l'équipement émetteur sur un trajet de propagation, principal ou secondaire, vers un équipement terminal voisin. Dans le cas d'une transmission purement LOS, il correspond aux pertes en espace libre sur le trajet de propagation direct. Plus généralement, on caractérise chaque terminal utilisateur voisin par un triplet comprenant une mesure d'angle d'élévation, une mesure d'angle d'azimut et le facteur d'affaiblissement associé à un des trajets de propagation entre l'équipement émetteur et ce terminal.

Selon encore un autre aspect de l'invention, l'étape de formation du faisceau vers l'équipement terminal comprend l'application d'un précodage à au moins un symbole numérique destiné au terminal et alimentant une antenne dudit réseau d'antennes, le précodage est fonction des mesures d'angles calculées pour l'équipement terminal et la puissance d'interférence calculée s'exprime comme suit :

(Eq. 3) où

Pk : désigne une puissance allouée à l'équipement terminal Uk βμ désigne un facteur d'atténuation de puissance sur le trajet l vers l'équipement terminal Uj an : désigne le vecteur de dépointage de la pluralité d'antennes vers l'équipement terminal Uj, fonction d'une direction d'arrivée du terminal Uj pour le trajet l

Lj : correspond au nombre de trajets pris en compte entre l'équipement émetteur et l'équipement terminal Uj Θ : désigne la matrice des composantes d'angles en azimut des directions d'arrivées de la pluralité de terminaux d'utilisateurs Φ : désigne la matrice des composantes d'angles en élévation des directions d'arrivées de la pluralité d'équipements terminaux B : désigne la matrice facteurs d'atténuations de puissance sur les trajets vers la pluralité d'équipements terminaux. wfc : désigne un vecteur de précodage appliqué au terminal d'utilisateur Uk

On peut donc exprimer la puissance d'interférence générée par le faisceau d'un terminal Uk en fonction des angles mesurés pour les autres terminaux Uj de la pluralité de terminaux, du vecteur de précodage du terminal Uk et de la puissance Pk allouée au terminal Uk.

Selon encore un autre aspect de l'invention, lorsqu'on considère un canal de transmission comportant un seul trajet entre l'équipement émetteur et l'équipement terminal, le précodage correspond à un dépointage du faisceau dans la direction d'arrivée principale du terminal (Uk)

et la puissance d'interférence générée par l'équipement terminal (Uk) sur les autres équipements terminaux (Uj), avec j différent de k, s'exprime de la façon suivante :

Un avantage est que, dans le cas particulier où on ne considère que le trajet principal entre l'équipement émetteur et l'équipement terminal Uk, la puissance d'interférence générée par cet équipement terminal peut être estimée très simplement à partir des angles mesurés pour la pluralité de terminaux et la puissance Pk qui lui est allouée.

Selon encore un autre aspect de l'invention, l'étape de calcul d'une puissance d'interférence fixe la puissance d'interférence générée par un équipement terminal à une valeur uniforme pour la pluralité d'équipements terminaux :

où λ est une constante, et l'étape d'allocation de puissance répartit une puissance totale d'émission (PT) entre la pluralité d'équipements terminaux de la façon suivante :

Ainsi, l'invention garantit de répartir la puissance totale entre les équipements terminaux tout en assurant que tous les terminaux subissent un niveau équivalent de puissance interférante de la part des autres équipements terminaux.

Selon un autre aspect de l'invention, l'étape de formation du faisceau vers le terminal d'utilisateur (Uk) comprend l'application d'un précodage (Wn) à au moins un symbole numérique alimentant une antenne dudit réseau, ledit précodage étant pondéré par la puissance (DP) allouée à l'équipement terminal (ük) et défini comme suit :

où w est la matrice de précodage initiale sans allocation de puissance ni contrainte de puissance totale, basée sur les angles exprimé dans l'équation (Eq. 4),

DP est la matrice diagonale de pondération des puissances allouées à la pluralité d'équipements terminaux Ul, Uk, ...UK, et η est un coefficient de normalisation tel que

où M désigne le nombre d'antennes du réseau d'antennes.

Un avantage de ce facteur de normalisation est qu'il garantit une puissance totale constante et égale à Pt quelles que soient les variations des valeurs de puissances Pk allouées par la matrice Dk.

Les différents modes ou caractéristiques de réalisation mentionnés ci-après peuvent être ajoutés indépendamment ou en combinaison les uns avec les autres, aux caractéristiques du procédé de formation d'une pluralité de faisceaux défini ci-dessus.

Le procédé qui vient d'être décrit dans ses différents modes de réalisation est avantageusement mis en oeuvre par un équipement émetteur. L'invention concerne également un équipement émetteur adapté pour mettre en oeuvre le procédé de formation d'un faisceau selon l'un quelconque des modes particuliers de réalisation définis ci-dessus. Cet équipement émetteur pourra bien sûr comporter les différentes caractéristiques relatives au procédé de formation d'une pluralité de faisceaux selon l'invention. Ainsi, les caractéristiques et avantages de cet équipement émetteur sont les mêmes que ceux du procédé de formation d'une pluralité de faisceaux, et ne sont pas détaillés plus amplement. L'invention concerne encore un programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en oeuvre des étapes d'un procédé tel que décrit précédemment, lorsque ce programme est exécuté par un processeur.

Ces programmes peuvent utiliser n'importe quel langage de programmation. Ils peuvent être téléchargés depuis un réseau de communication et/ou enregistrés sur un support lisible par ordinateur. L'invention se rapporte enfin à des supports d'enregistrement, lisibles par un processeur, intégrés ou non à l'équipement émetteur selon l'invention, éventuellement amovible, mémorisant respectivement un programme d'ordinateur mettant en œuvre un procédé de formation d'une pluralité de faisceaux, tels que décrits précédemment. 6. Liste des figures D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : les figure IA et IB (déjà décrites) présentent de façon schématique un exemple d'équipement émetteur comprenant un réseau d'antennes apte à former un faisceau pointant vers un terminal d'utilisateur, respectivement avec une mise en oeuvre numérique et avec une mise en oeuvre hybride; la figure IC détaille un exemple de structure d'un réseau d'antennes analogique piloté par une seule chaîne RF, tel que ceux présentés dans la figure IB ; la figure 2 (déjà décrite) présente de façon schématique les directions dans lesquelles un faisceau formé par l'équipement émetteur à destination d'un terminal d'utilisateur génère des interférences sur d'autres terminaux d'utilisateurs ; la figure 3 présente de façon schématique les étapes d'un procédé de formation d'un faisceau pointant vers un terminal d'utilisateur d'une pluralité de terminaux selon l'invention ; la figure 4 présente de façon schématique une représentation angulaire des trajets d'un canal de transmission radio entre l'équipement émetteur et un terminal d'utilisateur ; la figure 5 illustre la direction d'arrivée d'un terminal d'utilisateur perçue par un équipement émetteur ; la figure 6A illustre de façon schématique la représentation d'un réseau multicouches dans le référentiel d'un réseau plan comprenant une antenne de référence ; la figure 6B illustre de façon schématique une représentation d'un déphasage entre antennes d'un réseau d'antennes multi-couches ; la figure 6C illustre de façon plus détaillée les coordonnées des antennes d'un réseau multicouches en projection sur un plan ; les figures 7A à 7D illustrent de façon schématique les informations prises en compte pour l'évaluation de l'interférence inter utilisateur selon différents modes de réalisation de l'invention. Dans un souci de clarté, seuls les angles en azimut sont représentés ; -la figure 8 présente des courbes de capacité d'un équipement émetteur en fonction du nombre de terminaux d'utilisateur avec l'invention et selon l'art antérieur ; la figure 9 illustre le déplacement d'un équipement terminal dans la cellule d'un équipement émetteur selon l'invention ; et -la figure 10 présente de façon schématique la structure matérielle d'un équipement émetteur apte à former un faisceau pointant vers un équipement terminal selon l'invention. 7. Description d'un mode de réalisation particulier de l'invention 7.1 Principe général

Le principe général de l'invention repose sur l'exploitation d'une estimation de la structure angulaire du canal de transmission entre un équipement émetteur et une pluralité de terminaux d'utilisateurs pour former à partir du réseau d'antennes de l'équipement émetteur une pluralité de faisceaux pointant respectivement vers chacun des équipements terminaux, qui minimise l'interférence générée sur les autres terminaux.

La figure 3 illustre les principales étapes mises en oeuvre par un équipement émetteur EE comprenant au moins un réseau d'antennes RA pour la formation d'une pluralité de faisceaux pointant vers une pluralité K de terminaux d'utilisateurs Ul, Uk, ...UK, avec k entier compris entre 0 et K.

Au cours d'une première étape Tl (Get DoAk,i), l'équipement émetteur EE obtient au moins une direction d'arrivée de chacun des terminaux de la pluralité de terminaux situés dans sa cellule et aptes à communiquer avec lui.

Au cours d'une deuxième étape T2 (Cale rk), l'équipement émetteur EE calcule pour chacun des terminaux Uk vers lequel il doit transmettre des données, la puissance d'interférence totale rk générée par le faisceau pointant vers Uk sur les autres terminaux Uj, avec j distinct de k. Cette puissance d'interférence est fonction des directions d'arrivée DoAj ;i précédemment obtenues.

Au cours d'une troisième étape T3 (Alloc Pk), il alloue une puissance d'émission Pk au faisceau destiné à chacun des terminaux Uk en fonction de la puissance d'interférence inter utilisateur calculée.

En T4, il forme un faisceau (Form Fk) pointant vers le terminal d'utilisateur Uk en précodant les symboles alimentant le réseau d'antennes à partir des directions d'arrivées et de la puissance allouée.

Ces différentes étapes sont détaillées ci-après dans un mode de réalisation particulier de l'invention. 7.2 Mode de réalisation détaillé

Dans la suite de la description, on considère un équipement émetteur EE, tel que représenté sur la Figure IA, ou IB. Il s'agit par exemple d'une station de base d'un réseau de télécommunications mobile de type eNodeB pour les réseaux basés sur les technologies LTE ou LTE Advanced, d'un point d'accès Wi-Fi, etc., mettant en oeuvre une technologie de modulation multiporteuses. Plus précisément, l'équipement émetteur EE est capable de transmettre des données à une pluralité d'utilisateurs dans un contexte ΜΙΜΟ. 7.2.1 Obtention d'au moins une direction d'arrivée par terminal d'utilisateur Uk

En relation avec la Figure 4, on considère un exemple de représentation angulaire (en puissance) d'un canal de transmission entre l'équipement émetteur EE et un équipement terminal Uk. Il présente autant de raies qu'il existe de rayons géométriques reliant l'équipement émetteur au terminal d'utilisateur Uk. On définit un tel rayon par un angle d'arrivée correspondant à une direction d'arrivée (pour « Direction of Arrivai » ou DoA, en anglais). Dans un espace à trois dimensions, un angle d'arrivée comprend une composante d'élévation φ et une composante d'azimut Θ.

Par exemple, pour le terminal d'utilisateur Uk, on a représenté les raies correspondant aux 4 trajets principaux.

Au cours de l'étape Tl, on détermine la structure angulaire du canal de transmission entre l'équipement émetteur EE et chaque terminal d'utilisateur Uk vers lequel l'équipement émetteur doit émettre des données.

Pour ce faire on cherche à obtenir la direction d'arrivée réelle (DoA) d'un signal émis par l'équipement émetteur EE sur le terminal Uk, i.e. la DoA vue du terminal. Différentes techniques connues de l'homme de métier peuvent être mises en oeuvre pour l'estimation de la direction d'arrivée DoA vue de l'équipement émetteur. Par exemple, une première technique a été proposée par S. Flan et al. dans le document « Reference Signais Design for Hybrid Analog and Digital Beamforming » (IEEE Communications Letters, vol. 18, juillet 2014).

Selon cette technique, l'équipement émetteur envoie des symboles pilotes portés par plusieurs faisceaux visant des zones précises dans la cellule associée à l'équipement émetteur, avec au moins un symbole pilote identique par fréquence porteuse. Chaque fréquence porteuse focalise dans une direction particulière. L'équipement terminal Uk mesure la puissance qu'il reçoit sur chaque fréquence porteuse. Afin de déterminer la DoA principale vue de l'équipement émetteur, le terminal Uk repère la sous-porteuse qui présente le niveau de puissance le plus élevé et renvoie l'information à l'équipement émetteur. A partir de cette information, l'équipement émetteur déduit la direction d'arrivée DoAk l de l'équipement terminal Uk qui correspond au trajet de propagation principal. Pour déterminer les trajets secondaires, l'équipement terminal Uk identifie les sous-porteuses correspondant à des pics de puissance secondaires et renvoie l'information à l'équipement émetteur qui peut alors en déduire les directions d'arrivée DoAk|2,...DoAk>L correspondantes, L entier non nul désignant le nombres de trajets de propagation. Une estimation des pertes en espace libre de chaque trajet par l'équipement émetteur s'appuie sur la valeur de puissance reçue par l'équipement terminal Uk sur chaque sous-porteuse dont l'Indice est remonté à l'équipement émetteur par l'équipement terminal Uk.

On obtient ainsi un couple de composantes angulaires d'élévation et d'azimut pour chacune des 4 directions d'arrivées correspondant aux 4 raies représentées.

Sur la Figure 5, on a représenté le réseau d'antennes RA de l'équipement émetteur EE, la direction d'arrivée DoA de l'équipement terminal Uk et les deux composantes angulaires d'élévation φ et d'azimut β qui la représentent. Dans cet exemple, il s'agit d'un réseau d'antennes plan comprenant Mc colonnes et MR lignes. Les McxM„ éléments rayonnants sont régulièrement espacés.

Bien sûr l'Invention ne se limite pas à cet exemple et s'applique à tout type de réseau d'antennes. Par exemple, l'Invention s'applique à un réseau d'antennes multicouches, tel que celui représenté sur les Figures 6A, 6B et 6C. La figure 6A illustre un exemple de réseau d'antennes multicouches montrant le réseau plan sur lequel sont représentées les antennes en projection.

Afin que l'équipement émetteur soit capable de diriger son faisceau, il convient d'appliquer à chaque antenne un déphasage adapté. La direction du faisceau est déterminée par rapport un réseau pian et les figures 6B et 6C illustrent respectivement les cordonnées des antennes en coupe verticale perpendiculaire au plan, et les cordonnées des antennes en projection sur ce plan par rapport à une antenne de référence Ar, choisie arbitrairement et ayant les coordonnées (0,0) dans le plan.

Le déphasage ΔΦ“ à appliquer à l'antenne m de coordonnées (dx,dy,w), avec w l'épaisseur de la couche, afin de former le faisceau dirigé dans la direction (θ,φ) s'écrit de la façon suivante : avec

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, on considère, en relation avec la Figure 7A que le canal de transmission est purement LOS, ce qui revient à ne pas prendre en compte les trajets secondaires de l'équipement émetteur EE vers l'équipement terminal ük. Dans ce cas, la structure du canal se réduit à la connaissance de deux angles {ekl,cpkl} correspondant à la direction d'arrivée DoAki du terminal Uk.

Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, en relation avec la Figure 7B, on considère, en supplément de ces deux angles, une information représentative d'un taux d'affaiblissement d'un signal transmis sur ce trajet. De façon équivalente, ceci revient à estimer un facteur d'affaiblissement noté βΚί, représentatif des pertes en espace libre subies par un faisceau sur le trajet direct entre l'équipement émetteur EE et l'équipement terminal ük. On obtient ainsi le triplet

Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, en relation avec la Figure 7C, on décrit de façon plus complète la structure angulaire du canal en prenant en compte les trajets secondaires. On identifie donc non pas un seul couple d'angles mais autant de couples par terminal d'utilisateur Uk, que de trajets de propagation secondaires empruntés par le faisceau en plus de celle de la vue directe (LOS) entre l'équipement émetteur et le terminal d'utilisateur. Ainsi, en considérant non plus une direction d'arrivée par terminal d'utilisateur, mais L directions, la quantité d'information nécessaire à la description de la structure angulaire du canal de transmission s'élève alors à 2L angles par terminal d'utilisateur. On peut alors décrire la structure angulaire du canal pour les K terminaux d'utilisateurs, par les deux matrices suivantes, chacune de dimension [LxK]:

Selon un quatrième mode de réalisation, en relation avec la Figure 7D, on prend en compte en plus des L trajets de propagation, un facteur d'atténuation de puissance /?i<i par trajet et par utilisateur. On décrit alors la structure angulaire du canal de transmission à l'aide des deux matrices précédentes auxquelles on ajoute la matrice B de dimension [LxK] comprenant les niveaux d'atténuation de puissance associés à chaque trajet :

A titre d'exemple, une solution décrite par Han et al, dans l'article déjà cité, permet d'estimer une ou plusieurs DoA par utilisateur. Elle permet également d'obtenir les coefficients d'atténuation en espace libre associés à chaque angle puisqu'une mesure de la puissance de réception par angle d'arrivée est effectuée.

On comprend que le niveau de connaissance sur la structure angulaire du canal dont bénéficie l'équipement émetteur EE dépend directement de la quantité d'information remontée par chaque terminal d'utilisateur sur une voie de retour dédiée.

On notera en particulier que dans le cas où un seul couple d'angles est disponible par « équipement terminal, la perte en espace libre correspondante peut être déduite de la remontée de CQI (Channel Quallty Index) qui, de façon classique, est régulièrement effectuée en début de trame sur des canaux de signalisation et de contrôle dédiés (différents des canaux de données). wjssfon.

On détaille ci-après l'étape T2 de calcul d'une puissance d'interférence inter utilisateur générée par un terminal Uk sur les K-l autres terminaux.

En relation avec la Figure 5, déjà décrite, on considère la direction d'arrivée principale DoAkl du terminal d'utilisateur Uk. Dans cet exemple, l'équipement émetteur EE est doté d'un réseau d'antennes RA plan comprenant Mc colonnes et MR lignes d'éléments rayonnants. On suppose Ici un espacement uniforme entre toutes les lignes et colonnes du réseau d'antennes du terminal, pour simplifier la notation, mais une architecture non uniforme de réseau d'antennes est tout à fait possible.

De façon connue, l'équipement émetteur EE est agencé pour calculer un vecteur de dépointage (pour « steering vector », en anglais) de taille M = M„x Mc qui répartit un symbole de données à transmettre sur les éléments MRxMC du réseau d'antennes RA de façon à former un faisceau dont les lobes sont déphasés dans la direction d'arrivée du terminal Uk.

Plus généralement, pour une lème direction de propagation parmi les L directions de propagation associées au terminal d'utilisateur Uk, le vecteur de dépointage associé au couple d'angles 0kl et cpkl s'écrit de la façon suivante :

(Eq. 2) où de (resp. dfO représente un espacement entre deux colonnes consécutives du réseau d'antennes (resp. deux lignes consécutives). Il s'agit donc d'un vecteur contenant la phase avec laquelle arrive une onde incidente au niveau de chaque antenne d'un réseau d'antennes. Cette phase dépend de la direction de l'onde incidente et de la structure du réseau d'antennes.

Remarque : De manière générale, on peut exprimer le vecteur de dépointage d'un réseau d'antennes de structure quelconque, de la façon suivante :

correspondent au déphasage de l'onde observée sur l'antenne Am pour le trajet I de l'onde arrivant au terminal Uk, avec

la partie du déphasage liée à l'angle d'incidence en azimut et

celui lié à l'angle d'incidence en élévation.

Dans un mode de réalisation particulier, l'étape de formation d'un faisceau pointant dudit terminal vers ledit émetteur est mise en oeuvre de manière numérique. On applique dans ce cas un précodage à au moins un symbole de données d'au moins un signal radiofréquence numérique alimentant au moins une antenne dudit réseau d'antennes, pour obtenir un décalage de l'axe du lobe principal de l'antenne globale dans la direction d'arrivée du terminal).

Un tel précodage permet de répartir au moins un symbole de données sur la totalité des antennes (ou groupe d'antennes dans le cas hybride) en leur appliquant le déphasage induit par le vecteur de dépointage calculé. A l'aide de ce vecteur de dépointage, qui peut être vu comme un filtre adapté au canal de transmission entre l'équipement émetteur et le terminal Uk, l'équipement émetteur EE forme un faisceau pointant dans la direction d'arrivée DoAki du terminal Uk.

Dans un autre mode de réalisation, l'étape de formation d'un faisceau pointant dudit équipement émetteur vers ledit terminal peut être mise en œuvre de manière hybride si chaque terminal se voit attribuer l'exclusivité d'au moins un réseau d'antennes analogique parmi une pluralité de réseaux d'antennes analogiques de l'équipement émetteur. Chacun de ces réseaux d'antennes analogiques de l'équipement émetteur, dont le faisceau est dirigé à l'aide de déphaseurs en amont de chaque antenne, comme illustré par la Figure IB, doit être relié à une chaîne RF dédiée afin de pouvoir créer une pluralité de faisceaux indépendants, un faisceau étant dédié à un réseau d'antennes analogique.

Une telle mise en oeuvre avec un étage analogique est moins complexe et moins coûteuse qu'une mise en oeuvre entièrement numérique mais ne bénéficie pas des mêmes gains. De plus une estimation simultanée de l'ensemble des DoA des terminaux de la cellule n'est plus possible dans ce cas de figure, et un balayage de la cellule dans le temps doit alors être mis en place pour détecter et déterminer la DoA de tous les équipements terminaux.

En particulier, la formation d'un faisceau de manière numérique ou hybride permet d'exploiter la totalité des antennes du réseau d'antennes de l'équipement émetteur.

En particulier, les étapes de détermination d'une orientation dudit terminal, détermination d'une direction d'arrivée et/ou formation d'un faisceau pointant dudit terminal vers ledit émetteur sont mises en oeuvre en temps réel, périodiquement, et/ou lors de la détection d'un changement dans la position dudit terminal.

On pilote ainsi en temps réel, ou régulièrement, les antennes du réseau d'antennes de l'équipement émetteur, de façon à s'assurer que, pour chaque équipement terminal visé, l'axe du lobe principal de l'antenne globale formée par le réseau d'antennes pointe toujours dans la direction de l'équipement terminal, et optimiser ainsi en permanence la réception de données en voie descendante, ou l'émission de données en voie montante. A partir de la définition des vecteurs de dépointage de l'équation (Eq. 2), on exprime de manière générale une puissance d'interférence Tk générée par l'émission d'un faisceau à destination du terminal utilisateur U/c sur les autres terminaux d'utilisateurs Uj, avec j différent de k, en communication avec l'équipement émetteur EE:

(Eq. 3) où βμ désigne un facteur d'atténuation de puissance sur le trajet l vers le terminal d'utilisateur Uj an : désigne le vecteur de dépointage pour le trajet l vers le terminal d'utilisateur Uj wk : désigne un vecteur de précodage appliqué au terminal d'utilisateur Uk

Lj : correspond au nombre de trajets pris en compte vers le terminal d'utilisateur Uj Pk : désigne une puissance allouée à l'utilisateur Uk Θ : désigne la matrice des composantes d'angles en azimut correspondant aux directions d'arrivée de la pluralité de terminaux d'utilisateurs Φ : désigne la matrice des composantes d'angles en élévation correspondant aux directions d'arrivée de la pluralité de terminaux d'utilisateurs B : désigne la matrice facteurs d'atténuations de puissance sur les trajets vers la pluralité de terminaux d'utilisateurs

Dans un premier mode de réalisation de l'invention, on considère un vecteur de précodage général wk, appliqué aux données destinées à l'équipement terminal ük, dont la seule contrainte est d'être construite à partir d'une ou plusieurs DoA par équipement terminal présent dans la cellule (une DoA peut correspondre au trajet direct ou à un trajet secondaire).

Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, le vecteur de précodage destiné à un équipement terminal Uk n'est calculé que pour le trajet direct vers Uk et s'exprime en fonction des DoA des K équipements terminaux :

(Eq. 4)

Cela revient à maximiser la puissance émise dans la direction principale de Uk.

En remplaçant le précodeur wk par cette expression dans l'expression de la puissance d'interférence de l'équation (Eq. 3), on obtient une expression de la puissance d'interférence qui ne dépend plus que des vecteurs de dépointage akl et ajl des terminaux d'utilisateurs Uk et Uj et de la puissance Pk allouée au faisceau destiné au terminal d'utilisateur Uk.

(Eq. 5)

Ainsi, contrairement à l'expression de la puissance d'interférence donnée par l'équation (Eq. 1), décrite ci-dessus en lien avec la présentation de l'arrière-plan technologique, l'expression de la puissance d'interférence inter utilisateur générée par le terminal Uk (Eq. 5) proposée par les inventeurs ne dépend ni de la réponse en fréquence g, ni de la réponse impulsionnelle du canal, ni du nombre de sous porteuses N, mais uniquement de la structure géométrique de celui-ci telle que décrite au paragraphe précédent.

On notera que si on ne considère que les interférences inter utilisateur produites par le trajet principal du faisceau du terminal ük sur l'ensemble des trajets des terminaux üj, l'expression de l'équation Eq. 5 se simplifie comme suit :

Pj est l'atténuation en espace libre du trajet direct de l'utilisateur j et a7 est le steering vector lié à la DoA du trajet direct de l'utilisateur j (a,· = ayl). 7,2.3 Allocation à la pluralité d'équipements terminaux Uk de puissances d'émission Pk minimisant les interférences inter-utilisateurs

On détaille ici l'étape T3 d'allocation d'une puissance au faisceau destiné à chacun des équipements terminaux ük selon un mode de réalisation de l'invention.

Il s'agit d'allouer les puissances individuelles Pk de sorte à minimiser la puissance d'interférence générée par un équipement terminal ük sur les autres terminaux üj avec j différent de k.

Sur cette base, une situation d'équité entre équipements terminaux est de garantir que tous les équipements terminaux génèrent le même niveau de puissance d'interférence inter utilisateurs, ce qui revient à affirmer l'égalité suivante :

où lest une constante.

Cette égalité est atteinte si :

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, on répartit l'intégralité de la puissance d'émission disponible entre les K équipements terminaux. A l'aide de l'égalité précédente, on obtient :

La valeur de λ peut être choisie de sorte à assurer la contrainte de puissance totale, soit :

En pratique, on applique la contrainte sur la puissance d'interférence inter utilisateur à un vecteur de précodage global Wn intégrant le vecteur de dépointage akl et la puissance Pk allouée à l'équipement terminal ük. Ainsi, soitDP e UKXK la matrice diagonale des coefficients Pk d'allocation de puissance, appliquée à chacun des équipements terminaux UÆ, le précodeur muni de son étage d'allocation de puissance se construit de la manière suivante :

(Eq. 7) avec : W le vecteur de précodage sans allocation de puissance ni contrainte de puissance totale, comme par exemple celui basé sur les angles exprimé dans l'équation (Eq. 4),

η un coefficient de pondération assurant le respect de la puissance totale émise et

Wn le vecteur du précodeur normalisé en puissance et contenant les pondérations respectives de la puissance allouée à chaque utilisateur.

On a donc :

Pour assurer que la puissance totale émise par l'équipement émetteur EE est égale à PT, on introduit un coefficient de normalisation scalaire?? tel que :

où Tr() désigne la trace d'une matrice, ()H sa transconjuguée et DP est une matrice diagonale on obtient donc :

Avec une telle formulation, on garantit un niveau de puissance totale constant et égal à Pt quels que soient les coefficients de puissance Pk alloués aux équipements terminaux Uk par la matrice Dp.

Par exemple, pour un précodeur tel qu'exprimé dans l'équation (Eq. 4), on a Tr(\VWH) - KM et donc :

avec M le nombre d'antennes du réseau d'antennes de l'équipement émetteur EE.

On notera que la valeur choisie pour la constante λ n'a pas d'importance car elle disparait après multiplication des différents facteurs

de Γ équation (Eq. 7).

Dans le cas d'une chaîne de transmission hybride, telle qu'illustrée par la figure IB avec NRF chaînes RF et NA antennes contrôlées en phase de manière analogique derrière chaque chaîne RF, on note aA le vecteur de dépointage de taille NAxl du réseau d'antennes analogiques formant son faisceau dans la direction (θΑ,φΑ). On forme ensuite un vecteur de dépointage de taille NAxl pour chaque trajet I de chaque équipement terminal Uj aJAl ce qui nous permet de déterminer le gain du réseau analogique sur le lien entre l'équipement émetteur et le terminal Uj :

Cela transforme alors l'expression de la puissance d'interférence de la manière suivante :

Et la puissance allouée à l'équipement terminal Uk :

7.2.4 Formation des faisceaux vers les équipements terminaux Uk

Au cours de l'étape T4, l'émetteur exploite les directions d'arrivées des équipements terminaux et les puissances allouées pour former les faisceaux vers les équipements terminaux.

Dans le cas d'une chaîne de transmission numérique, telle que celle de la figure IA, l'unité de calcul 12 détermine les caractéristiques des K faisceaux d'ondes à émettre vers les différents équipements terminaux. Notamment, elle réalise : le pointage du faisceau Fk en fonction de la direction d'arrivée DoAk estimée de l'équipement terminal Uk ; l'allocation d'un niveau de puissance Pk calculé pour cet équipement terminal aux N sous-porteuses de chaque antenne, de façon à répartir la puissance totale disponible et à orienter les faisceaux de façon adéquate. Cette répartition est réalisée par Nrf chaînes RF, avec l< nrf<M entier non nul, qui viennent commander les M antennes du réseau d'antennes RA.

Dans le cas d'une chaîne de transmission hybride analogique numérique, telle que celle de la figure IB, les NRF réseaux analogiques visent une même et unique direction, mais du fait du précodage numérique calculé par le bloc 12 qui exploite les directions d'arrivée des équipements terminaux et alloue à chaque équipement terminal le niveau de puissance Pk calculé, les faisceaux numériques formés par chacune des chaînes RF ne sont pas identiques entre eux et chacun vise individuellement un équipement terminal Uk.

On détaille ici un exemple de procédé de détermination de la direction de ce faisceau analogique. On se place dans le cas d'un réseau d'antennes analogique linéaire de NA antennes espacées uniformément d'un écart dA et placées horizontalement, tel qu'illustré par la Figure IC. On cherche l'angle θΑ de dépointage en azimut du réseau analogique: 1. On détermine dans un premier temps la largeur minimale du faisceau analogique dépendant de dA et NA. Le faisceau le plus étroit qu'une telle antenne peut produire correspond à la DoA transversale. Dans ce cas, la largeur du faisceau en azimut est :

où A0_3dB est l'écart angulaire du faisceau à l'intérieur duquel l'amplitude du lobe est supérieure à la moitié l'amplitude maximale, soit entre Na/2 et na. λ est la longueur d'onde de la transmission; 2. Le terminal autour duquel sont regroupés le plus grand nombre d'équipements terminaux, dans la limite de la zone couverte par l'ouverture du faisceau analogique définie parA0_3dB , est identifié et un ensemble κ regroupant tous ces équipements terminaux est créé; 3. La direction vers laquelle dépointer le faisceau analogique est alors déterminée à partir de la moyenne des DoA de tous les équipements terminaux du groupe κ. En notant ek la DoA en azimut du terminal Uk, l'expression de la direction du faisceau analogique est :

Avec Card(K) correspondant au nombre de terminaux groupés dans l'ensemble κ.

On note finalement qu'il est possible de viser plusieurs équipements terminaux simultanément avec un tel équipement émetteur mais que le nombre de flux formés est nécessairement inférieur au nombre de chaîne RF, que ce soit en tout numérique ou en hybride. 7.2.5 Avantages de la solution proposée

On compare sur la Figure 8 des courbes de capacité obtenues par un équipement émetteur qui ne met pas en oeuvre d'allocation de puissance (courbe Cl), qui met en oeuvre une allocation de puissance basée sur une estimation complète du canal (courbe C2) et qui met en oeuvre une allocation de puissance selon l'invention (courbe C3). On constate que le procédé selon l'invention réalise des performances très proches de la courbe C2, alors qu'elle présente en outre de nombreux avantages parmi lesquels : • une simplicité de mise en oeuvre • une complexité qui ne dépend pas du nombre d'antennes • une complexité qui ne dépend pas de la largeur de bande

• un procédé est applicable en TDD comme en FDD • une robustesse à la mobilité supérieure aux autres techniques de l'état de l'art

En outre, pour les applications visées, la détermination des angles d'arrivées des équipements terminaux présents dans la cellule de l'équipement émetteur n'a pas à être répétée aussi fréquemment qu'une estimation de canal.

En relation avec la figure 9, on considère par exemple, une configuration de petite cellule (« small cell ») agencée pour exploiter des fréquences très élevées de l'ordre de 60 GFIz, dont l'équipement émetteur comprend NA antennes et est configuré pour former un faisceau d'ouverture A0_3dB. On considère un équipement utilisateur situé à Dk mètres de l'équipement émetteur. Il se déplace à une vitesse v dans le plan en azimut dans une direction perpendiculaire à la DoA. On désigne par Tac le temps mis par l'utilisateur pour sortir de l'ouverture du faisceau ΑΘ_3άΒ . Il s'exprime comme suit :

Lorsque v = 10 km/h (v = 2.77 m/s) et Dk -10 m de l'équipement émetteur, Na = 10 antennes dans le plan horizontal espacées de on obtient alorsors Tac1» o.3l secondes. Dans les mêmes conditions, le temps de cohérence du canal de transmission vaut Tc oc o.6l millisecondes à 60 GHz pour la même vitesse maximale. 7.2.6 Equipement émetteur

On présente finalement, en relation avec la figure 10, la structure simplifiée d'un équipement émetteur EE 100, par exemple une station de base, mettant en oeuvre une technique de formation d'un faisceau pointant d'un équipement émetteur vers un terminal selon un mode de réalisation de l'invention. Seuls les principaux éléments relatifs à la mise en oeuvre de la technique selon l'invention sont illustrés. L'équipement émetteur EE 100 comprend une mémoire 91 comprenant une mémoire tampon, une unité de traitement 92, équipée par exemple d'un microprocesseur μΡ, et pilotée par une application ou un programme d'ordinateur 93, mettant en oeuvre les étapes du procédé de formation d'un faisceau selon un mode de réalisation de l'invention. A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur 93 sont par exemple chargées dans une mémoire RAM avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 92. L'unité de traitement 92 reçoit en entrée des données à transmettre à un terminal. Le microprocesseur de l'unité de traitement 92 met en oeuvre les étapes du procédé de formation d'un faisceau décrit précédemment, selon les instructions du programme d'ordinateur 143, pour former un faisceau dirigé vers le terminal.

Cette figure 10 illustre seulement une manière particulière, parmi plusieurs possibles, de réaliser l'équipement émetteur EE afin qu'il effectue certaines étapes du procédé détaillé ci-dessus en relation avec la figure 3 (dans l'un quelconque des différents modes de réalisation). En effet, ces étapes peuvent être réalisées indifféremment sur une machine de calcul reprogrammable (un ordinateur PC, un processeur DSP ou un microcontrôleur) exécutant un programme comprenant une séquence d'instructions, ou sur une machine de calcul dédiée (par exemple un ensemble de portes logiques comme un FPGA ou un ASIC, ou tout autre module matériel).

Dans le cas où l'équipement émetteur comprend une machine de calcul reprogrammable, le programme correspondant (c'est-à-dire la séquence d'instructions) pourra être stocké dans un médium de stockage amovible (tel que par exemple une disquette, un CD-ROM ou un DVD-ROM) ou non, ce médium de stockage étant lisible partiellement ou totalement par un ordinateur ou un processeur.

Il va de soi que les modes de réalisation qui ont été décrits ci-dessus ont été donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être facilement apportées par l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS

   1. Procédé de formation d'une pluralité de faisceaux (Fk) pointant respectivement vers une pluralité d'équipements terminaux (ük), à partir d'au moins un réseau d'antennes (RA) d'un équipement émetteur (EE), ledit au moins un réseau d'antennes comprenant au moins deux antennes, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape (Tl) d'obtention de mesures d'angles représentatives d'au moins une direction d'arrivée (DoAk,l) par équipement terminal de la pluralité d'équipements terminaux, et pour un équipement terminal (ük) de la pluralité de terminaux : une étape (T2) de calcul d'une puissance d'interférences générée par le faisceau dudit terminal sur les autres terminaux en fonction des mesures d'angles déterminées pour la pluralité d'équipements terminaux, une étape (T3) de calcul d'une puissance d'émission à allouer au terminal en fonction de la puissance d'interférences calculée, et une étape (T4) de formation du faisceau pointant vers ledit équipement terminal en fonction des mesures d'angles obtenues et de la puissance d'émission allouée.
2. 2. Procédé de formation d'une pluralité de faisceaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites mesures de direction d'arrivée estimées comprennent au moins une mesure d'angle d'élévation et une mesure d'angle d'azimut par équipement terminal.
3. 3. Procédé de formation d'une pluralité de faisceaux selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de calcul d'une puissance d'interférence générée par le faisceau de l'équipement terminal sur les autres équipements terminaux est en outre fonction d'un facteur d'affaiblissement associé à au moins un trajet de propagation vers un autre équipement terminal.
4. 4. Procédé de formation d'une pluralité de faisceaux selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de formation du faisceau vers l'équipement terminal (ük) comprend l'application d'un précodage à au moins un symbole numérique destiné au terminal (ük) et alimentant une antenne dudit réseau d'antennes, en ce que le précodage est fonction des mesures d'angles calculées pour l'équipement terminal et en ce que la puissance d'interférence calculée s'exprime comme suit :

   (Eq. 3) où Pk : désigne une puissance allouée à l'équipement terminal Uk β)ΐ désigne un facteur d'atténuation de puissance sur le trajet l vers l'équipement terminal Uj aji : désigne le vecteur de dépointage de la pluralité d'antennes vers l'équipement terminal Uj, fonction d'une direction d'arrivée du terminal Uj pour le trajet l Lj : correspond au nombre de trajets pris en compte entre l'équipement émetteur et l'équipement terminal Uj Θ : désigne la matrice des composantes d'angles en azimut des directions d'arrivées de la pluralité d'équipements terminaux Φ : désigne la matrice des composantes d'angles en élévation des directions d'arrivées de la pluralité d'équipements terminaux B : désigne la matrice facteurs d'atténuations de puissance sur les trajets vers la pluralité d'équipements terminaux. wk : désigne un vecteur de précodage appliqué à l'équipement terminal Uk
5. 5. Procédé de formation d'une pluralité de faisceaux selon la revendication 4, caractérisé en ce que, lorsqu'on considère un canal de transmission comportant un seul trajet entre l'équipement émetteur et l'équipement terminal (Uk), le précodage correspond à un dépointage du faisceau dans la direction d'arrivée principale du terminal (Uk)

   et la puissance d'interférence générée par l'équipement terminal (Uk) sur les autres équipements terminaux (Uj), avec j différent de k, s'exprime de la façon suivante :
6. 6. Procédé de formation d'une pluralité de faisceaux selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'étape de calcul d'une puissance d'interférence fixe une valeur uniforme pour la pluralité d'équipements terminaux :

   et en ce que l'étape d'allocation de puissance répartit une puissance totale d'émission (PT) entre la pluralité d'équipements terminaux de la façon suivante :
7. 7. Procédé de formation d'une pluralité de faisceaux selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape de formation du faisceau vers l'équipement terminal (ük) comprend l'application d'un précodage (Wn) à au moins un symbole numérique alimentant une antenne dudit réseau, ledit précodage étant pondéré par la puissance (DP) allouée à l'équipement terminal (ük) et défini comme suit :

   où w est la matrice de précodage initiale sans allocation de puissance ni contrainte de puissance totale, basée sur les angles exprimé dans l'équation (Eq. 4),

   DP est la matrice diagonale de pondération des puissances allouées à la pluralité d'équipements terminaux Ul, Uk, ...UK η est un coefficient de normalisation tel que

   où M désigne le nombre d'antennes du réseau d'antennes.
8. 8. Equipement émetteur (EE, 100) apte à former une pluralité de faisceaux pointant respectivement vers une pluralité d'équipements terminaux, ledit équipement émetteur comprenant au moins un réseau d'antennes comprenant au moins deux antennes, caractérisé en ce qu'il comprend une machine de calcul reprogrammable ou une machine de calcul dédiée, apte à et configurée pour : obtenir des mesures d'angles représentatives d'au moins une direction d'arrivée par équipement terminal, pour un équipement terminal de la pluralité de terminaux : calculer une puissance d'interférences générée par le faisceau dudit équipement terminal sur les autres terminaux en fonction des mesures d'angles déterminées pour la pluralité d'équipements terminaux, calculer une pondération de la puissance d'émission à allouer à l'équipement terminal en fonction de la puissance d'interférences calculée, et former le faisceau pointant vers ledit équipement terminal à partir du réseau d'antennes en fonction des mesures d'angles obtenues et de la puissance d'émission allouée.
9. 9. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 7 lorsque ce programme est exécuté par un processeur.