FR3105668A1

FR3105668A1 - Procédés et dispositifs d’émission et de réception mettant en œuvre une pluralité d’antennes d’émission et de réception, et programme d’ordinateur correspondant.

Info

Publication number: FR3105668A1
Application number: FR1915059A
Authority: FR
Inventors: Raphaël Visoz; Thierry Clessienne
Original assignee: Orange SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-06-25
Also published as: CN114830561A; WO2021123579A1; US20230040332A1; EP4078839A1

Abstract

Procédés et dispositifs d’émission et de réception mettant en œuvre une pluralité d’antennes d’émission et de réception, et programme d’ordinateur correspondant. L’invention concerne un procédé de réception mis en œuvre par un dispositif de réception mettant en œuvre une pluralité d’antennes de réception, comprenant l’estimation (21) d’une matrice de covariance de l’interférence, représentative de la structure spatiale de l’interférence entre les antennes de réception. Selon l’invention, un tel procédé comprend également la transmission (23) d’au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission, apte à être utilisée par un dispositif d’émission mettant en œuvre une pluralité d’antennes d’émission, obtenue à partir de ladite matrice de covariance de l’interférence. Figure pour l’abrégé : Figure 2

Description

Procédés et dispositifs d’émission et de réception mettant en œuvre une pluralité d’antennes d’émission et de réception, et programme d’ordinateur correspondant.

1. Domaine de l’invention

Le domaine de l’invention est celui des communications sans fil.

Plus précisément, l’invention propose une technique permettant d’optimiser la formation de faisceaux obtenus à partir d’un réseau d’antennes, de façon à améliorer la transmission d’informations entre un émetteur et un récepteur, en voie montante ou en voie descendante.

L’invention trouve des applications dans tout système à base de formation de faisceaux, notamment dans les réseaux de communication radio selon les normes 4G ou 5G définies par le 3GPP, les réseaux de communication WiFi selon la norme IEEE 802.11, etc.

Pour une communication en voie descendante, l’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, ou encore un point d’accès Wi-Fi, etc. Un récepteur peut quant à lui être un terminal de type smartphone, tablette, objet connecté, etc. Pour une communication en voie montante, l’émetteur peut être un terminal et le récepteur, une station de base.

2. Art antérieur

La formation de faisceaux, ou pré-codage, est une technique de traitement du signal utilisée dans les réseaux d’antennes ou de capteurs pour l’émission ou la réception directionnelle de signaux. En d’autres termes, grâce aux réseaux d’antennes, les émetteurs et/ou récepteurs peuvent focaliser le rayonnement de l’onde émise dans une direction particulière, ce qui permet d’obtenir une sélectivité spatiale.

La formation de faisceaux est réalisée en combinant les éléments d’un réseau d’antennes à commande de phase et d’amplitude de façon que:

les signaux se combinent de façon constructive dans des directions particulières, ayant pour conséquence un renforcement de la puissance utile reçue,
les signaux se combinent de façon destructive dans les autres directions, ayant pour conséquence une diminution de la puissance de l’interférence reçue.

Ainsi, pour la formation de faisceaux au niveau d’un émetteur, on applique à chaque élément du réseau d’antennes de l’émetteur un coefficient complexe, appelé coefficient de pré-codage. L’ensemble de ces coefficients forme la matrice de pré-codage.

On note que pour que le diagramme de rayonnement soit orienté dans la direction souhaitée, les coefficients de pré-codage doivent être correctement choisis. Or un problème pour la sélection du pré-codage est l’acquisition de la connaissance du canal en émission (i.e. la connaissance, au niveau de l’émetteur, du canal de transmission entre l’émetteur et le récepteur), ou «Channel State Information at Transmitter» (CSIT) en anglais, et/ou de la structuration spatiale de l’interférence perçue par le récepteur.

Actuellement, deux techniques d’acquisition de la connaissance du canal en émission sont proposées pour les systèmes MIMO dans les normes 4G, 5G, IEEE802.11x (IEEE802.11n, 802.11ac, 802.11ax). Les techniques d’acquisition de la connaissance du canal, et les signaux de référence associés, sont décrits plus précisément dans les spécifications 3GPP TS36.213, TS36.211 pour la 4G et TS38.211,TS38.214 pour la 5G.Une première technique, notée CSI-D, repose sur l’utilisation d’une voie de retour entre le récepteur et l’émetteur. Selon cette première technique, l’émetteur émet au moins un signal de référence, encore appelé signal pilote. Un tel signal de référence est par exemple noté CSI-RS en sens descendant dans les normes 4G et 5G, pour «Channel State Information – Reference Signal». A réception du ou des signaux de référence, le récepteur peut estimer le canal de transmission entre l’émetteur et le récepteur (i.e. dans le sens émetteur vers récepteur). Par ailleurs, l’estimation des caractéristiques spatiales de l’interférence (ou covariance de l’interférence) peut se faire par simple corrélation des signaux reçus représentatifs de l’interférence sur les différentes antennes de réception, c'est-à-dire sans reposer sur des signaux de référence transmis. L’émetteur, par exemple, peut configurer des ressources (en temps-fréquence) interdites à la transmission (technique dite «Zero-Power CSI-RS» dans le standard 3GPP ZP-CSI-RS TS38.211) qui permettent au récepteur de plus facilement mesurer, sur ces ressources et pour chaque antenne, l’interférence. D’autres approches sont possibles basées sur la soustraction des signaux de données ou de référence utiles (c’est à dire ne faisant pas partie de l’interférence du point de vue du récepteur en charge de mesurer celle-ci) aux signaux reçus sur chaque antenne pour obtenir des signaux représentatifs de l’interférence sur les différentes antennes de réception.

A partir de l’estimation du canal de transmission entre l’émetteur et le récepteur et des caractéristiques spatiales de l’interférence, le récepteur peut déterminer une matrice de pré-codage à utiliser par l’émetteur, et remonter ce choix de pré-codage à l’émetteur dans la voie de retour, par exemple sous la forme d’un indicateur de type «Precoding Matrix Indicator» (PMI). En particulier, la matrice de pré-codage peut être sélectionnée parmi un dictionnaire fini de matrices de pré-codage spécifié par la norme 4G ou 5G.

Une deuxième technique, notée CSI-R, repose sur la réciprocité du canal, ce qui suppose que le canal de transmission entre le récepteur et l’émetteur (i.e. dans le sens récepteur vers émetteur) est le même que le canal de transmission entre l’émetteur et le récepteur (i.e. dans le sens émetteur vers récepteur). Ici, le canal inclut les effets des chaines radiofréquences qui ne sont a priori pas réciproques en émission et réception, mais qui peuvent être calibrées pour le devenir. Cette deuxième technique suppose donc une utilisation des mêmes ressources fréquentielles et une séparation temporelle des canaux montant et descendant, ou «Time Division Duplex», TDD). Selon cette deuxième technique, le récepteur émet au moins un signal de référence, par exemple de type SRS (pour «Sounding Reference Signal») pour le sens montant dans les normes 4G et 5G. A réception du ou des signaux de référence, l’émetteur peut estimer le canal de transmission entre le récepteur et l’émetteur, et en déduire par réciprocité le canal de transmission entre l’émetteur et le récepteur. A partir de l’estimation du canal de transmission entre l’émetteur et le récepteur, l’émetteur peut sélectionner une matrice de pré-codage à utiliser. Par exemple, l’émetteur détermine une matrice de pré-codage selon un critère de maximisation du rapport signal-à-bruit (SNR).

Un inconvénient de la première technique CSI-D est que, bien qu’elle repose sur une connaissance du canal de transmission et sur la connaissance des interférences en réception, elle ne permet pas de remonter finement les coefficients de pré-codage à utiliser par l’émetteur. En effet, comme la matrice de pré-codage est choisie parmi un alphabet fini de matrices de pré-codage, et remontée sous la forme d’un indicateur, une quantification est mise en œuvre, conduisant à une perte d’information.

Un inconvénient de la deuxième technique CSI-R est que, bien qu’elle permette à l’émetteur de connaitre le canal de transmission sans quantification, elle ne permet pas à l’émetteur de connaître l’interférence en réception. En effet, une telle technique détermine la matrice de pré-codage à utiliser en négligeant la structure spatiale de l’interférence, l’interférence en réception n’étant pas réciproque. Il est alors possible que le pré-codage à l’émission selon la technique CSI-R corresponde à des directions où l’interférence est la plus forte.

La remontée de la covariance de l’interférence du récepteur vers l’émetteur selon cette deuxième technique est difficilement envisageable, car elle serait trop consommatrice en quantité de voie de retour. La matrice de pré-codage basée sur la deuxième technique est donc obtenue sans prendre en compte la covariance de l’interférence ou, ce qui revient au même, en la considérant non structurée.

Il existe donc un besoin pour une nouvelle technique permettant à un émetteur de sélectionner une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission à utiliser parmi plusieurs techniques disponibles pour améliorer la transmission d’informations entre un émetteur et un récepteur.

3. Exposé de l’invention

L’invention propose une solution ne présentant pas l’ensemble de ces inconvénients, sous la forme d’un procédé de réception, mis en œuvre par un dispositif de réception mettant en œuvre une pluralité d’antennes de réception, comprenant l’estimation d’une matrice de covariance de l’interférence, représentative de la structure spatiale de l’interférence entre les antennes de réception.

Ici, la structure de l’interférence réfère à la corrélation de l’interférence sur les différentes antennes de réception pour une sous-porteuse (fréquence donnée) d’un symbole OFDM par exemple. L’interférence sera qualifiée de «structurée» lorsque la matrice de covariance de l’interférence s’éloigne d’une matrice identité (à un facteur multiplicatif près), c'est-à-dire, lorsque la corrélation entre les antennes de réception est forte.

En d’autres termes, l’interférence est structurée si la distance entre la matrice de covariance de l’interférence et un multiple d’une matrice identité de même taille que la matrice de covariance de l’interférence est supérieure à un seuil déterminé.

Selon l’invention, un tel procédé comprend également la transmission, à un dispositif d’émission mettant en œuvre une pluralité d’antennes d’émission, d’au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission apte à être utilisée par ledit dispositif d’émission, obtenue à partir de ladite matrice de covariance de l’interférence.

La solution proposée permet ainsi de tenir compte des caractéristiques spatiales de l’interférence pour sélectionner la technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission à utiliser par le dispositif d’émission, pour la formation de faisceau au niveau du dispositif d’émission.

On note qu’un tel procédé selon l’invention ne nécessite pas nécessairement l’estimation du canal de transmission entre le dispositif d’émission, également appelé émetteur, et le dispositif de réception, également appelé récepteur. Il ne repose donc pas nécessairement sur la transmission de signaux de référence de l’émetteur vers le récepteur.

En effet, le récepteur peut directement estimer la matrice de covariance de l’interférence sur la base d’un signal quelconque reçu par le récepteur, non connu ou partiellement connu du récepteur.

A réception de ce signal quelconque, le récepteur peut estimer la matrice de covariance de l’interférence, et utiliser la connaissance de l’interférence pour remonter à l’émetteur au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission apte à être utilisée par l’émetteur.

Selon un premier mode de réalisation, la matrice de covariance de l’interférence peut être utilisée pour déterminer si l’interférence est structurée ou non.

Selon ce premier mode de réalisation, on suppose que le dispositif d’émission met en œuvre une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission basée sur la réciprocité. Une telle technique repose sur l’hypothèse que l’interférence n’est pas, ou peu, structurée. Si le dispositif de réception détermine que l’interférence en réception est structurée, i.e. s’éloigne d’une matrice diagonale, il peut ainsi retourner à l’émetteur un indicateur d’alerte, informant le dispositif d’émission que l’hypothèse selon laquelle l’interférence n’est pas ou est peu structurée en réception n’est pas valide.

Par exemple, un tel indicateur est porté par un seul bit, égal à 0 si l’interférence est structurée ou égal à 1 si l’interférence n’est pas structurée (ou inversement). Un tel indicateur est donc très peu consommateur de bande passante sur la voie de retour.

A réception de cet indicateur d’alerte, l’émetteur peut choisir de mettre en œuvre une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission de type CSI-D ou toute autre technique, si l’indicateur indique que l’utilisation d’une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission basée sur la réciprocité repose sur une hypothèse non valide d’interférence pas ou peu structurée (i.e. néglige une interférence structurée).

Par exemple, l’interférence est structurée si le rapport:

est supérieur à un seuil déterminé,

avec:

le nombre d’antennes de réception,

la matrice de covariance de l’interférence de taille ,

la puissance moyenne de l’interférence et du bruit reçue sur les antennes de réception,

la matrice identité de taille , et

est la norme de Frobenius.

Selon un deuxième mode de réalisation, mis en œuvre lorsqu’il est possible d’estimer le canal de transmission entre l’émetteur et le récepteur, le procédé de réception met en œuvre:

la réception d’au moins un signal de référence, en provenance dudit dispositif d’émission,
l’estimation du canal de transmission à la réception entre le dispositif d’émission et le dispositif de réception (i.e. dans le sens émetteur vers récepteur, encore appelé acquisition de la connaissance du canal à la réception, ou «Channel State Information at Receiver» CSIR), à partir du ou des signaux de référence,
l’obtention de matrices de pré-codage associées à au moins deux techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission, en tenant compte de l’estimation du canal de transmission à la réception,
l’estimation d’au moins un paramètre représentatif de la qualité de service associée à chacune desdites techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission, à partir desdites matrices de pré-codage,

Dans ce cas, la matrice de covariance de l’interférence peut être utilisée avec l’estimation du canal de transmission à la réception pour déterminer les matrices de pré-codage associées à certaines techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission, comme la technique CSI-D par exemple.

On note que ce deuxième mode de réalisation peut être mis en œuvre indépendamment ou en combinaison avec le premier mode de réalisation.

Par exemple, suite à la réception par l’émetteur d’un indicateur d’alerte selon le premier mode de réalisation, l’émetteur peut émettre au moins un signal de référence pour l’estimation du canal de transmission à la réception, qui peut être utilisé selon ce deuxième mode de réalisation. Le récepteur peut ainsi obtenir la matrice de pré-codage utilisée avec une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission basée sur la réciprocité selon le premier mode de réalisation, et déterminer au moins une matrice de pré-codage associée à au moins une technique distincte d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission.

Selon ce deuxième mode de réalisation, l’information remontée à l’émetteur est un indicateur de qualité, indiquant au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission dont le paramètre estimé respecte un critère déterminé.

Par exemple, le paramètre appartient au groupe comprenant:

un débit,
un taux d’erreur,
etc,

et le critère déterminé est un critère de débit maximal, de taux d’erreur cible, etc.

Un tel indicateur est également très peu consommateur de bande passante sur la voie de retour.

La sélection de la technique d’acquisition à utiliser par l’émetteur peut être effectuée par le récepteur. Dans ce cas, le récepteur peut remonter un seul indicateur de qualité, même si plusieurs techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission permettent d’atteindre, par exemple, un taux d’erreur cible.

En variante, la sélection de la technique d’acquisition à utiliser par l’émetteur peut être effectuée par l’émetteur. Dans ce cas, le récepteur peut remonter tous les indicateurs de qualité, ou uniquement ceux correspondant à une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission dont le paramètre estimé respecte un critère déterminé.

En particulier, le procédé de réception met en œuvre la sélection de la technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission offrant le niveau de qualité de service le plus élevé, à partir d’une abstraction de la couche physique.

Quelque soit le mode de réalisation considéré, l’estimation de la matrice de covariance de l’interférence et la transmission d’au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission peuvent être mises en œuvre périodiquement et/ou suite à une variation du canal de transmission entre le dispositif d’émission et le dispositif de réception.

La technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission mise en œuvre par l’émetteur est donc adaptative, et peut être modifiée en cours de transmission, par exemple lorsqu’un terminal se déplace.

Selon un mode de réalisation particulier, c’est l’émetteur, par exemple une station de base, qui demande au récepteur, par exemple un terminal, de remonter une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission.

Selon un autre mode de réalisation, c’est le récepteur qui prend l’initiative de remonter une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission, par exemple suite à la détection d’un changement du canal de transmission.

Dans un autre mode de réalisation, l’invention concerne un dispositif de réception correspondant, mettant en œuvre une pluralité d’antennes de réception.

Par exemple, un tel dispositif de réception comprend au moins un processeur configuré pour:

déterminer une matrice de covariance de l’interférence, représentative de la structure spatiale de l’interférence entre les antennes de réception,
transmettre au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission apte à être utilisée par un dispositif d’émission mettant en œuvre une pluralité d’antennes d’émission, obtenue à partir de ladite matrice de covariance de l’interférence.

Par exemple, si l’on se place dans le sens descendant, i.e. d’une station de base vers un terminal, un tel dispositif de réception est un terminal. Si l’on se place dans le sens montant, i.e. d’un terminal vers une station de base, un tel dispositif de réception est une station de base.

L’invention concerne par ailleurs un procédé d’émission correspondant, mis en œuvre par un dispositif d’émission mettant en œuvre une pluralité d’antennes d’émission.

Selon l’invention, un tel procédé d’émission comprend:

la réception d’au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission apte à être utilisée par le dispositif d’émission, obtenue à partir d’une matrice de covariance de l’interférence, représentative de la structure spatiale de l’interférence entre une pluralité d’antennes de réception d’un dispositif de réception,
la mise en œuvre d’une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission identifiée à partir de ladite au moins une information.

En d’autres termes, l’émetteur reçoit des informations sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission et peut mettre en œuvre une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission identifiée à partir de la ou des informations sur la qualité de service reçue(s).

Selon un premier mode de réalisation, l’information reçue est un indicateur d’alerte, indiquant que l’utilisation d’une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission basée sur la réciprocité, mise en œuvre par le dispositif d’émission, repose sur une hypothèse d’interférence non valide.

Selon ce premier mode de réalisation, l’invention permet ainsi d’informer l’émetteur d’une situation d’interférence structurée en réception, et l’émetteur peut éventuellement mettre en œuvre, ou basculer sur, une technique d’acquisition distincte de la technique CSI-R.

En particulier, suite à la réception dudit indicateur d’alerte, le dispositif d’émission peut mettre en œuvre la transmission d’au moins un signal de référence pour l’estimation du canal de transmission à la réception.

Selon un deuxième mode de réalisation, mis en œuvre indépendamment ou à la suite du premier mode de réalisation, ladite au moins une information reçue est un indicateur de qualité, indiquant au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission dont un paramètre représentatif de la qualité de service respecte un critère déterminé, et le dispositif d’émission met en œuvre une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission choisie parmi la ou les techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission identifiées par l’indicateur de qualité.

Dans un autre mode de réalisation, l’invention concerne un dispositif d’émission correspondant, mettant en œuvre une pluralité d’antennes d’émission.

Par exemple, un tel dispositif d’émission comprend au moins un processeur configuré pour:

recevoir au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission apte à être utilisée par le dispositif d’émission, obtenue à partir d’une matrice de covariance de l’interférence, représentative de la structure spatiale de l’interférence entre une pluralité d’antennes de réception d’un dispositif de réception,
mettre en œuvre une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission identifiée à partir de ladite au moins une information.

En particulier, les différentes étapes des procédés de réception et/ou d’émission selon au moins un mode de réalisation de l’invention peuvent être mises en œuvre de diverses manières, notamment sous forme matérielle et/ou sous forme logicielle.

Par exemple, au moins une étape des procédés de réception et/ou d’émission peut être mise en œuvre:

sur une machine de calcul reprogrammable (un ordinateur, un processeur par exemple DSP (en anglais « Digital Signal Processor »), un microcontrôleur, etc) exécutant un programme comprenant une séquence d’instructions,
sur une machine de calcul dédiée (par exemple un ensemble de portes logiques comme un FPGA (en anglais «Field Programmable Gate Array») ou un ASIC (en anglais «Application-Specific Integrated Circuit»), ou tout autre module matériel).

En conséquence, un mode de réalisation de l’invention vise aussi à protéger un ou plusieurs programmes d’ordinateur comportant des instructions adaptées à la mise en œuvre des procédés de réception et/ou d’émission selon au moins un mode de réalisation de l’invention tel que décrit ci-dessus, lorsque ce ou ces programmes sont exécutés par un processeur, ainsi qu’au moins un support d’informations lisible par un ordinateur comportant des instructions d’au moins un programme d’ordinateur tel que mentionné ci-dessus.

4. Liste des figures

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation particulier, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels:

la figure 1 illustre un système MIMO dans lequel peut être mise en œuvre l’invention;

la figure 2 présente les principales étapes mises en œuvre par un procédé de réception selon un mode de réalisation de l’invention;

la figure 3 présente les principales étapes mises en œuvre par un procédé d’émission selon un mode de réalisation de l’invention;

les figures 4 et 5 illustrent respectivement la structure simplifiée d’un récepteur et d’un émetteur selon un mode de réalisation de l’invention.

5. Description de modes de réalisation de l’invention

5.1 Principe général

Le principe général de l’invention repose sur la remontée d’information d’un récepteur vers un émetteur, dans un système MIMO («Multiple Input, Multiple Output») pour que l’émetteur puisse mettre en œuvre une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission (ou «Channel State Information at Transmitter») tenant compte des conditions réelles de transmission, et notamment de l’interférence en réception.

La figure 1 illustre un système MIMO dans lequel peut être mise en œuvre l’invention. Un tel système comprend un émetteur 11, comprenant une pluralité d’antennes d’émission 111, …, 11m, et un récepteur 12, comprenant une pluralité d’antennes de réception 121, …, 12n.

L’émetteur 11 peut notamment mettre en œuvre des opérations de codage et modulation, et le récepteur 12 des opérations de décodage et démodulation.

Le canal de transmission entre l’émetteur 11 et le récepteur 12 peut être représenté par une matrice de canalH.

On présente, en relation avec les figures 2 et 3, les principales étapes du procédé de réception selon un mode de réalisation de l’invention, mises en œuvre par le récepteur 12, et les principales étapes du procédé d’émission selon un mode de réalisation de l’invention, mises en œuvre par l’émetteur 11, permettant à l’émetteur 11 de mettre en œuvre une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission adaptée au canal de transmission.

Comme illustré en figure 2, au cours d’une étape 21, le récepteur 12 détermine une matrice de covariance de l’interférence, représentative de la structure spatiale de l’interférence entre les antennes de réception 121,…, 12n du récepteur 12.

La matrice de la covariance de l’interférence peut notamment être déterminée classiquement, comme pour la technique CSI-D par exemple.

Éventuellement, le récepteur 12 estime également le canal de transmission entre l’émetteur 11 et le récepteur 12, au cours d’une étape 22, notamment s’il reçoit des signaux de référence en provenance de l’émetteur 11.

A partir de la matrice de covariance de l’interférence, et éventuellement de l’estimation du canal de transmission à la réception, le récepteur 12 détermine, au cours d’une étape 23, au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission, apte à être utilisée par l’émetteur 11, et transmet la ou les informations obtenues à l’émetteur 11, dans une voie de retour.

Comme illustré en figure 3, au cours d’une étape 31, l’émetteur 11 reçoit donc au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission, obtenue à partir de la matrice de covariance de l’interférence. L’émetteur 11 peut recevoir plusieurs informations sur la qualité de service associées à différentes techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission, obtenues éventuellement à partir de l’estimation du canal de transmission à la réception.

Au cours d’une étape 32, l’émetteur peut mettre en œuvre une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission, identifiée à partir de la ou des informations sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission.

5.2 Description d’un premier mode de réalisation

On décrit ci-après un premier mode de réalisation pour la détermination d’au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission.

On considère selon ce premier mode de réalisation que le récepteur 12 ne peut pas estimer le canal de transmission (dans le sens émetteur 11 vers récepteur 12). Par exemple, si le récepteur 12 ne reçoit pas de signal de référence en provenance de l’émetteur 11, il ne peut pas estimer le canal de transmission.

Selon ce premier mode de réalisation, le récepteur 12 peut estimer la covariance de l’interférence (étape 21 de la figure 2), même s’il ne peut pas estimer le canal de transmission.

A titre d’exemple, si l’on suppose que le récepteur 12 dispose de antennes de réception et que la bande de fréquence considérée comprend K fréquences porteuses (selon une technique de modulation de type OFDMA par exemple), alors le récepteur 12 peut estimer la matrice de covariance de l’interférence telle que:

avec:

une observation de l’interférence pour une fréquence k, mesurée par le récepteur 12, et

l’opérateur transposé conjugué.

Selon cet exemple, l’interférence est structurée (i.e. définie des directions privilégiées où l’interférence est plus forte que dans les autres directions) si la matrice de covariance est éloignée de la matrice (i.e. est éloigné d’une structure diagonale), avec:

la puissance moyenne de l’interférence et du bruit reçue sur les antennes de réception et
la matrice identité de dimensions x .

En d’autres termes, si l’on définit une matrice telle que , on considère que l’interférence est structurée si le rapport suivant est supérieur à un seuil déterminé T:

où est la norme de Frobenius et tr() est l’opérateur trace.

Par exemple, un tel seuil est de l’ordre de 30%.

Si le récepteur 12 détermine que l’interférence est structurée (ou, de façon équivalente, que la matrice de covariance de l’interférence est structurée), il peut remonter à l’émetteur 11 un indicateur d’alerte (étape 23 de la figure 2), informant l’émetteur que l’interférence en réception est structurée et que l’utilisation d’une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission basée sur la réciprocité néglige une interférence structurée en réception, i.e. est basée sur une hypothèse non valide d’interférence pas ou peu structurée en réception. En effet, une interférence structurée en réception peut se révéler problématique pour la technique d’acquisition CSI-R, qui néglige la structure spatiale de l’interférence.

Dans ce cas, il peut être préférable que l’émetteur 11 utilise une technique d’acquisition de type CSI-D, ou tout autre technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission capable de prendre en compte la covariance de l’interférence dans la sélection de la matrice de pré-codage.

Par exemple, l’information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission est un indicateur d’alerte «Indic» égal à 1 si l’interférence est structurée, ou égal à 0 ou un champ vide si l’interférence n’est pas structurée.

A réception de cet indicateur d’alerte (étape 31 de la figure 3), l’émetteur 11 sait si l’hypothèse faite sur les interférences en réception était valide ou non. Si elle était valide (indicateur d’alerte vide ou égal à 0 selon l’exemple ci-dessus), il peut continuer à utiliser une technique d’acquisition de la connaissance du canal basée sur la réciprocité. Si l’hypothèse est non valide (indicateur d’alerte égal à 1 selon l’exemple ci-dessus), il peut décider de basculer sur une autre technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission, ou d’émettre des signaux de référence pour que le récepteur puisse comparer plusieurs techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission et remonter à l’émetteur un indicateur de qualité comme décrit ci-dessous.

5.3 Description d’un deuxième mode de réalisation

On décrit ci-après un deuxième mode de réalisation pour la détermination d’au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission.

On considère selon ce deuxième mode de réalisation que le récepteur 12 peut estimer le canal de transmission (dans le sens émetteur 11 vers récepteur 12).

Selon ce deuxième mode de réalisation, le récepteur 12 peut donc estimer d’une part la covariance de l’interférence (étape 21 de la figure 2), d’autre part le canal de transmission entre l’émetteur et le récepteur (étape 22 de la figure 2).

La matrice de covariance de l’interférence peut être estimée comme décrit en relation avec le premier mode de réalisation.

Le canal de transmission par fréquence, pour une bande dans le sens émetteur 11 vers récepteur 12, peut être estimé à partir de la réception par le récepteur 12 d’au moins un signal de référence en provenance de l’émetteur 11.

Selon ce deuxième mode de réalisation, le récepteur 12 peut déterminer quelle serait la matrice de pré-codage à utiliser au niveau de l’émetteur 11 pour différentes techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission.

Par exemple, le récepteur 12 détermine une matrice de pré-codage associée à la technique d’acquisition CSI-R en prenant en compte l’estimation du canal de transmission à la réception et en supposant que la matrice de covariance de l’interférence est égale à . Le récepteur détermine également une matrice de pré-codage associée à la technique d’acquisition CSI-D en prenant en compte l’estimation du canal de transmission à la réception et la matrice de covariance de l’interférence , ainsi que le dictionnaire fini W de matrices de pré-codage défini par la norme 4G ou 5G. Éventuellement, le récepteur peut déterminer une ou plusieurs matrices de pré-codage associées à une ou plusieurs autres techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission. De telles matrices de pré-codage sont par exemple choisies de façon à maximiser le rapport signal-à-interférence-plus-bruit.

Ces différentes matrices de pré-codage peuvent être utilisées par le récepteur 12 pour prédire la qualité de service associée à l’utilisation des différentes techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission.

Le récepteur 12 peut ainsi estimer au moins un paramètre représentatif de la qualité de service associée à chacune des techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission, à partir des matrices de pré-codage préalablement déterminées, par exemple de type débit, taux d’erreur, etc.

A titre d’exemple, pour une fréquence donné k, le rapport signal à interférence plus bruit en réception (SINR) peut s’exprimer en fonction du vecteur de pré-codage choisi , du canal de transmission et de la matrice de covariance de l’interférence . On note SINR( , , ) un tel rapport signal à bruit, pour une fréquence donnée k, avec k=1,..,K, comme décrit ci-après.

Le récepteur 12 peut mettre en œuvre une technique d’abstraction de la couche physique (en anglais «PHY abstraction»), pour évaluer les différentes techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission et prédire quel format de transmission permet, par exemple, de maximiser le débit pour la bande de fréquence considérée, ou d’atteindre un taux d’erreur cible pour la bande de fréquence considérée. Une telle technique d’abstraction de la couche physique est notamment présentée dans les documents «Link performance models for system level simulations of broadband radio access systems» (K. Brueninghaus et al., IEEE 16th Int. Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2005 (PIMRC 2005), vol. 4, 2005, pp. 2306–2311) et «Realistic Performance of LTE: In a Macro-Cell Environment» (J.B. Landre et al., Proc. IEEE VTCS-2012, Japan, Yokohama, Mai 2012).

Par exemple, cette abstraction de la couche physique fait correspondre les SINR( , , ), pour une fréquence k, k=1,..,K, à des SINR «effectifs», selon une technique de mappage dite MIESM («mutual information effective signal-to noise-ratio mapping»), puis fait correspondre chaque SINR «effectif» à un débit en utilisant des tables de qualités gaussiennes associées à la famille de schémas de codage et modulation spécifiés dans la norme.

Le récepteur 12 peut associer un débit à la technique d’acquisition CSI-R et un débit à la technique d’acquisition CSI-D. De la même façon, le récepteur peut associer d’autres débits à d’autres techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission.

Le récepteur 12 peut ainsi sélectionner une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission dont le paramètre estimé (par exemple débit, taux d’erreur, etc) respecte un critère déterminé, et remonter à l’émetteur 11 un indicateur de qualité, indiquant la ou les techniques d’acquisition sélectionnées. Par exemple, le récepteur 12 remonte à l’émetteur 11 un indicateur de qualité identifiant la technique d’acquisition offrant la meilleure qualité de service (en terme de débit, taux d’erreur, ou autre).

Ainsi, l’information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission selon ce deuxième mode de réalisation est un indicateur de qualité, portant par exemple un identifiant de la technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission à mettre en œuvre. Par exemple un tel identifiant est égal à 1 si la technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission offrant la meilleure qualité de service est de type CSI-R, égal à 2 si la technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission offrant la meilleure qualité de service est de type CSI-D, égal à 3 si la technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission offrant la meilleure qualité de service est d’un autre type, etc.

En variante, le récepteur 12 peut remonter à l’émetteur 11 un ou plusieurs paramètres estimés, et l’émetteur peut choisir la technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission qu’il souhaite mettre en œuvre sur la base de ce ou ces paramètres estimés.

A réception du ou des indicateurs de qualité (étape 31 de la figure 3), l’émetteur 11 peut mettre en œuvre une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission identifiée ou sélectionnée à partir du ou des indicateurs de qualité.

On présente ci-après un exemple de détermination des matrices de pré-codage au niveau du récepteur, pour les deux techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission CSI-R et CSI-D.

Pour simplifier, on considère une seule couche spatiale et une fréquence donnée.

On considère que l’émetteur peut multiplier un signal encodé, noté x, par un vecteur de pré-codage de dimension , avec le nombre d’antennes d’émission, et le transmettre en passant par le canal de transmission, sens émetteur vers récepteur. Comme on se place dans le contexte d’une seule couche spatiale, la matrice de pré-codage a une seule colonne, et est donc appelée vecteur de pré-codage.

Le signal reçu par le récepteur, noté , de dimension , avec le nombre d’antennes de réception, peut s’écrire:

avec

une matrice représentative du canal MIMO, pour une fréquence,
un vecteur représentatif de l’interférence et du bruit.

Soit le dictionnaire fini de matrices de pré-codage.

Le vecteur de pré-codage associé à la technique CSI-D, contraint à appartenir au dictionnaireW, peut s’exprimer sous la forme suivante:

Le SINR( , , ) associé, pour la fréquence k considérée, est avec

Le vecteur de pré-codage associé à la technique CSI-R peut quant à lui s’exprimer sous la forme suivante:

Le SINR( , , ) associé, pour la fréquence k considérée, est avec .

On note que les vecteurs de pré-codage et , ainsi que les SINR associés, peuvent différer lorsque la matrice de covariance s’éloigne d’un multiple de la matrice identité.

Ainsi, quel que soit le mode de réalisation considéré, il peut être souhaitable d’effectuer périodiquement et/ou suite à une variation du canal de transmission, les étapes d’estimation de la matrice de covariance de l’interférence, de transmission des informations sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission, et éventuellement d’estimation de canal, de façon à adapter la technique d’acquisition au canal de transmission réel, notamment en cas de déplacement du terminal.

On a décrit ci-dessus, à titre illustratif, l’utilisation des deux techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission décrites dans la norme 4G ou 5G. Bien entendu, l’invention selon ces différents modes de réalisation ne se limite pas à l’utilisation de ces deux techniques, et peut s’appliquer à toute technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission.

5.4 Dispositifs

On présente finalement, en relation avec les figures 4 et 5, les structures simplifiées d’un dispositif de réception et d’un dispositif d’émission selon un mode de réalisation de l’invention.

Comme illustré en figure 4, un récepteur selon un mode de réalisation de l’invention comprend une mémoire 41, une unité de traitement 42, équipée par exemple d’une machine de calcul programmable ou d’une machine de calcul dédiée, par exemple un processeur P, et pilotée par le programme d’ordinateur 43, mettant en œuvre des étapes du procédé de réception selon au moins un mode de réalisation de l’invention.

A l’initialisation, les instructions de code du programme d’ordinateur 43 sont par exemple chargées dans une mémoire RAM avant d’être exécutées par le processeur de l’unité de traitement 42.

Le processeur de l’unité de traitement 42 met en œuvre des étapes du procédé de réception décrit précédemment, selon les instructions du programme d’ordinateur 43, pour:

estimer une matrice de covariance de l’interférence, représentative de la structure spatiale de l’interférence entre les antennes de réception du dispositif de réception,

transmettre au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission apte à être utilisée par un dispositif d’émission mettant en œuvre une pluralité d’antennes d’émission, obtenue à partir de ladite matrice de covariance de l’interférence.

Comme illustré en figure 5, un émetteur selon un mode de réalisation de l’invention comprend une mémoire 51, une unité de traitement 52, équipée par exemple d’une machine de calcul programmable ou d’une machine de calcul dédiée, par exemple un processeur P, et pilotée par le programme d’ordinateur 53, mettant en œuvre des étapes du procédé d’émission selon au moins un mode de réalisation de l’invention.

A l’initialisation, les instructions de code du programme d’ordinateur 53 sont par exemple chargées dans une mémoire RAM avant d’être exécutées par le processeur de l’unité de traitement 52.

Le processeur de l’unité de traitement 52 met en œuvre des étapes du procédé d’émission décrit précédemment, selon les instructions du programme d’ordinateur 53, pour:

recevoir au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission apte à être utilisée par ledit dispositif d’émission, obtenue à partir d’une matrice de covariance de l’interférence, représentative de la structure spatiale de l’interférence entre une pluralité d’antennes de réception d’un dispositif de réception,
mettre en œuvre une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission identifiée à partir de ladite au moins une information.

Claims

Procédé de réception mis en œuvre par un dispositif de réception mettant en œuvre une pluralité d’antennes de réception, comprenant l’estimation (21) d’une matrice de covariance de l’interférence, représentative de la structure spatiale de l’interférence entre les antennes de réception,
caractérisé en ce que ledit procédé comprend également la transmission (23) d’au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission, apte à être utilisée par un dispositif d’émission mettant en œuvre une pluralité d’antennes d’émission, obtenue à partir de ladite matrice de covariance de l’interférence.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que si l’interférence est structurée, ladite information est un indicateur d’alerte, indiquant que l’utilisation d’une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission basée sur la réciprocité, mise en œuvre par ledit dispositif d’émission, repose sur une hypothèse d’interférence non valide.
Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite interférence est structurée si la distance entre ladite matrice de covariance de l’interférence et un multiple d’une matrice identité de même taille est supérieure à un seuil déterminé.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit indicateur d’alerte est un indicateur binaire.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il met en œuvre,
- la réception d’au moins un signal de référence, en provenance dudit dispositif d’émission,
- l’estimation (22) du canal de transmission à la réception entre ledit dispositif d’émission et ledit dispositif de réception, à partir dudit au moins un signal de référence,
- l’obtention de matrices de pré-codage associées à au moins deux techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission, en tenant compte de l’estimation du canal de transmission à la réception,
- l’estimation d’au moins un paramètre représentatif de la qualité de service associée à chacune desdites techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission, à partir desdites matrices de pré-codage,
et en ce que ladite au moins une information est un indicateur de qualité, indiquant au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission dont le paramètre estimé respecte un critère déterminé.
Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit paramètre appartient au groupe comprenant:
- un débit,
- un taux d’erreur.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu’il met en œuvre la sélection de la technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission offrant le niveau de qualité de service le plus élevé, à partir d’une abstraction de la couche physique.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite estimation de la matrice de covariance de l’interférence et ladite transmission d’au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission sont mises en œuvre périodiquement et/ou suite à une variation du canal de transmission entre ledit dispositif d’émission et ledit dispositif de réception.
Procédé d’émission mis en œuvre par un dispositif d’émission mettant en œuvre une pluralité d’antennes d’émission, caractérisé en ce qu’il comprend:
- la réception (31) d’au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission apte à être utilisée par ledit dispositif d’émission, obtenue à partir d’une matrice de covariance de l’interférence, représentative de la structure spatiale de l’interférence entre une pluralité d’antennes de réception d’un dispositif de réception,
- la mise en œuvre (32) d’une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission identifiée à partir de ladite au moins une information.
Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite information reçue est un indicateur d’alerte, indiquant que l’utilisation d’une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission basée sur la réciprocité, mise en œuvre par ledit dispositif d’émission, repose sur une hypothèse d’interférence non valide.
Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, suite à la réception dudit indicateur d’alerte, ledit dispositif d’émission met en œuvre la transmission d’au moins un signal de référence pour l’estimation du canal de transmission à la réception.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que ladite au moins une information reçue est un indicateur de qualité, indiquant au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission dont un paramètre représentatif de la qualité de service respecte un critère déterminé, et en ce que ledit dispositif d’émission met en œuvre une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission choisie parmi la ou les techniques d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission identifiées par l’indicateur de qualité.
Dispositif de réception mettant en œuvre une pluralité d’antennes de réception, comprenant des moyens d’estimation d’une matrice de covariance de l’interférence, représentative de la structure spatiale de l’interférence entre les antennes de réception,
caractérisé en ce qu’il comprend également des moyens de transmission d’au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission apte à être utilisée par un dispositif d’émission mettant en œuvre une pluralité d’antennes d’émission, obtenue à partir de ladite matrice de covariance de l’interférence.
Dispositif d’émission mettant en œuvre une pluralité d’antennes d’émission, caractérisé en ce qu’il comprend:
- des moyens de réception d’au moins une information sur la qualité de service associée à au moins une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission apte à être utilisée par ledit dispositif d’émission, obtenue à partir d’une matrice de covariance de l’interférence, représentative de la structure spatiale de l’interférence entre une pluralité d’antennes de réception d’un dispositif de réception,
- des moyens de mise en œuvre d’une technique d’acquisition de la connaissance du canal à l’émission identifiée à partir de ladite au moins une information.
Programme d’ordinateur comportant des instructions pour la mise en œuvre d’un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 lorsque ce programme est exécuté par un processeur.