WO2005053212A1

WO2005053212A1 - Procede et dispositif permettant d'accroitre la capacite des systemes de transmission non etales

Info

Publication number: WO2005053212A1
Application number: PCT/EP2004/053140
Authority: WO
Inventors: Marc Chenu-Tournier
Original assignee: Thales
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2005-06-09
Also published as: FR2863122B1; CA2547555A1; EP1695473A1; FR2863122A1; US20070071135A1; JP2007513545A

Abstract

Procédé pour accroître la capacité de systèmes de transmission de signaux comprenant NT utilisateurs, un récepteur monobloc recevant le mélange des signaux provenant des NT utilisateurs comportant au moins les étapes suivantes: déterminer une information qualitative Info (Qs) des symboles estimés pour chacun des NT utilisateurs; transmettre cette information Info(Qs) à un bloc de traitement recevant une information a priori et adapté à générer une information de qualité Info(Qbs) sur les bits constituants les symboles; transmettre l'Info(Qbs) à une étape de décodage pour obtenir une information qualitative sur les bits codés et Info (Qbu) sur les bits utiles.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF PERMETTANT D'ACCROITRE LA CAPACITE DES SYSTEMES DE TRANSMISSION NON ETALES

L'invention concerne notamment un procédé permettant d'accroître la capacité des systèmes de transmission en multipliant le nombre d'émetteurs simultanés dans une même bande de fréquence et permettant de séparer les utilisateurs notamment grâce à l'utilisation d'étapes itératives. II est connu de l'art antérieur des procédés permettant la transmission simultanée de différents utilisateurs. Ils reposent généralement sur l'utilisation de codes d'étalement, tels que le CDMA (abréviation anglo- saxonne de Code Division Multiple Access), le MCCDMA (abréviation anglo- saxonne de Multicarrier Code-Division-Multiple-Access) et/ou sur l'utilisation de récepteurs à antennes multiples. Le procédé selon l'invention repose notamment sur une nouvelle approche qui exploite l'indépendance des flux binaires (signaux provenant des différents émetteurs), le codage de canal et la différence de la majorité des canaux de propagation.

L'invention concerne un procédé pour accroître la capacité de systèmes de transmission de signaux comprenant Nj utilisateurs, un récepteur monobloc recevant le mélange des signaux provenant des N_τ utilisateurs. Il est caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : a) déterminer une information qualitative Info (Qs) des symboles estimés pour chacun des N_τ utilisateurs, b) transmettre cette information lnfo(Qs) à un bloc de traitement recevant une information a priori et adapté à générer une information de qualité sur les bits constituants les symboles lnfo(Qbs), c) transmettre l'lnfo(Qbs) à une étape de décodage pour obtenir une information qualitative lnfo(Qbs) sur les bits codés et lnfo(Qbu) sur les bits utiles. Le procédé selon l'invention permet notamment : • d'accroître le débit des systèmes de transmission utilisant des standards existants pour les stations utilisateurs en ne modifiant que le point d'accès. • de séparer simplement les différents flux binaires en échangeant de l'information entre le bloc de démodulation et le bloc de décodage. • d'augmenter la capacité des systèmes de transmission en multipliant le nombre d'émetteurs sans utiliser de récepteurs multi-antennes et sans utiliser de techniques d'étalement de spectre, dans le cadre d'un fonctionnement normal. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un exemple détaillé, donné à titre illustratif et nullement limitatif, annexé des figures qui représentent : • La figure 1 le schéma global du procédé selon l'invention, et • La figure 2 le schéma générique détaillé des étapes du procédé selon l'invention.

La figure 1 schématise les différentes étapes du procédé selon l'invention utilisé dans un système de communication ou de transmission comprenant plusieurs utilisateurs ou émetteurs NT, et un récepteur constitué par exemple d'un monocapteur R. Les différents émetteurs transmettent les symboles simultanément dans la même bande de fréquence, par exemple. Les communications étant généralement perturbées par un canal de propagation, un codage canal est classiquement utilisé. Le procédé se sert, par exemple, de ce codage pour effectuer la démodulation. La figure 2 représente le schéma générique d'un exemple de récepteur monocapteur. Il comporte un module 1 permettant de recevoir le mélange des signaux émis par les N_τ utilisateurs ou émetteurs, de séparer les différents utilisateurs et de fournir, une information qualitative, lnfo(Qs), des symboles estimés pour chacun des utilisateurs NT (par exemple une probabilité d'avoir reçu tel symbole). Le module 1 peut être un détecteur au sens du maximum a posteriori (MAP) qui fournit une probabilité des symboles émis pour les différents émetteurs NT en reposant sur une information a priori. L'information sur les symboles estimés lnfo(Qs) est ensuite transmise à un bloc de traitement qui va en déduire une information de qualité sur les bits constituants les symboles lnfo(Qbs). Cette information lnfo(Qbs) est ensuite transmise au bloc de décodage 4i (une procédure de désentrelacement peut être appliquée auparavant) qui, à son tour, va produire une information qualitative lnfo(Qbs) sur les bits codés et lnfo(Qbu) sur les bits utiles. L'information sur les bits codés lnfo(Qbs) peut être réutilisée afin d'estimer à nouveau une information sur les symboles comme décrit précédement. L'information sur les bits utiles est déduite de l'information sur les bits codés par exemple par la procédure de décodage. Un traitement préalable des informations transmises aux différents blocs peut s'avérer nécessaire pour un bon fonctionnement du procédé. Par exemple dans l'exemple décrit ci après, l'information précédemment utilisée pour estimer une nouvelle information qualitative sur un bit est retranchée afin de n'apporter qu'une réelle nouvelle information au bloc la recevant. Ces étapes sont réitérées, soit un nombre fixé de fois, soit jusqu'à ce qu'un critère soit vérifié (par exemple les informations qualitatives n'évoluent plus). Le fonctionnement du procédé est décrit ci-après en tant qu'exemple pour l'utilisateur N-i. L'information sur la probabilité de symboles émis P(a¹Nu|yi), Info

(Qs), est transmise à un dispositif 2ι (ou de-mapping) ayant notamment pour fonction de fournir une information sur la probabilité des bits émis L_D(c_k ¹) par l'utilisateur N1 Info (Qbs). Cette information est par exemple envoyée dans un désentrelaceur 3^ puis à un algorithme de type BCJR (bloc de codage 4i) afin d'obtenir la probabilité des bits codés L_c(c_k ¹) (information qualitative sur les bits codés lnfo(Qbs) et les bits utiles, Info (Qbu). Cette dernière information (L_c(c_k ¹) ) est soustraite à la première information L_D(cκ¹) de probabilité sur les bits (information de qualité sur les bits constituants les symboles Info (Qs)) avant de passer dans le désentrelaceur. Elle est aussi envoyée vers un entrelaceur 5ι puis vers un dispositif 6₁ ayant une fonction de mapping, avant d'être réinjectée dans le dispositif 1 qui utilise cette information lnfo(Qs) au niveau de l'étape d'obtention de la probabilité des symboles émis. Les dispositifs de mapping, de de-mapping, les entrelaceurs et désentrelaceurs sont des dispositifs connus de l'Homme du métier qui ne sont pas détaillés dans la présente description. Afin d'illustrer le procédé selon l'invention, l'exemple qui suit est donné dans le cas d'émetteurs OFDM (abréviation anglo-saxone de orthogonal frequency division multiplexing) synchronisés en fréquence. Pour cette forme d'onde dite multi-porteuse ou parallèle, les différents symboles sont transmis simultanément sur des sous porteuses orthogonales. . Dans cet exemple de réalisation, les différents émetteurs utilisent un code convolutif comme dans la norme Hiperlan/2 ou IEEE802.11a. Le récepteur effectue classiquement une transformée de Fourier discrète (TFD) sur un intervalle de temps déterminé pour estimer les symboles transmis. Dans le cas de multiples émissions synchronisées en fréquences et suffisamment synchronisées en temps pour éviter de l'interférence inter symboles, le signal reçu par le récepteur après la Transformée de Fourier est donné par:

(1) avec • y le signal reçu représenté par un vecteur N Jxl avec N le nombre de sous porteuses, • a est le vecteur de dimension contenant les sy

^J mboles transmis par les N émetteurs. Les N premiers éléments sont les symboles transmis sur la première sous porteuse. • F 1 =F 1 ®I N est la matrice effectuant la DFT à l'émission avec I N la matrice identité de dimension N et l'opérateur <8> le produit de Kronecker.

• I PC =ï PC ®I N est la matrice de dimension N T { N lï_ +N DFT ) xN TN W . qui effectue l'insertion du préfixe cyclique (propre à l'OFDM) • H est la matrice des échantillons représentant le canal de propagation, de dimension N T \ [ N W +N DFT ) \ + N H ) xN r i N Λ + N CP avec N la longueur maximale des canaux de propagation. • I_ =Ï_ ®I est la matrice qui effectue la synchronisation et enlève CP CP N_τ le préfixe cyclique • F est la matrice qui effectue la TFD au niveau du récepteur • b est le vecteur de dimension N χl contenant les échantillons du SP bruit considérés dans cet exemple comme blancs temporellement. La matrice K définie ci après est bloc circulante et à ce titre elle peut s'écrire comme:

avec G une matrice bloc diagonale et F et F des matrices de TFD Comme I_HI est bloc circulante, le signal reçu peut être écrit comme: y = Ga+b (3)

avec G une matrice bloc diagonale avec des blocs de taille lχN

Donc pour la sous porteuse i l'observation vectorielle y. peut s'écrire y =G a +b comme: •^{' «'} <^' <^* (4)

où G i contient les éléments de la réponse fréquentielle du canal.

Ici comme nous n'utilisons qu'un unique récepteur, ^G est un vecteur de taille ^{l x N}r .

Ainsi l'observation ^y< est scalaire et s'écrit: y_t =^'∑fha_l +b_l (5) i=l

Dans ce cas, le détecteur au sens du MAP fournit les probabilités suivantes: (information qualitative des symboles estimés - probabilité des symboles émis pour les différents émetteurs)

où σ² est la variance du bruit et A a^k est défini par:

A a^k contient les vecteurs de symboles a qui ont le symbole a à la position k . Ces probabilités sont ensuite utilisées pour calculer la probabilité des bits constituants les symboles:

avec A⁺ l'ensemble des symboles où le bit c vaut 1 et A^" l'ensemble des symboles où le bit c vaut 0.

Ces quantités sont ensuite utilisées pour calculer: L_D(c) = L(c)-L_c(c) (9) qui est fourni au bloc decodage.Sur la figure, l'équation (9) est représentée par les indices L_D(c_k') = L( c) - Lc(c '). Le terme L_c(c) (L_c(c_k') sur la fig.2) correspond à l'information, a priori, issue du décodage précédent. A la première itération, L_c(c) = 0. Ces valeurs L_D(c) (L_D(c ) sur la fig.2) sont les entrées du décodeur souple qui, dans l'exemple, est un algorithme de type BCJR, décrit par exemple dans le document de L. Bahl, J. Cocke, F. Jelinek, and J. Raviv, intitulé « Optimal decoding of linear codes for minimizing symbol error rate," IEEE Trans. Inform. Theory, pp. 284-287, Mar. 1974. Ce bloc n'est pas décrit plus en détail. Ce décodeur fournit à la fois une probabilité des bits utiles (avant codage) et un probabilité des bits codés qui constituent les symboles.

Le procédé est utilisé par exemple pour des modulations BPSK (abréviation anglo-saxonne de Bit Phase Shift Keying) ou QPSK (abréviation anglo-saxonne de Quadrature Phase Shift Keying).

Claims

REVENDICATIONS

1 - Procédé pour accroître la capacité de systèmes de transmission de signaux comprenant N_τ utilisateurs, un récepteur monobloc recevant le mélange des signaux provenant des N_τ utilisateurs caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : a) déterminer une information qualitative Info (Qs) des symboles estimés pour chacun des N_τ utilisateurs, b) transmettre cette information lnfo(Qs) à un bloc de traitement recevant une information a priori et adapté à générer une information de qualité, lnfo(Qbs),sur les bits constituants les symboles, c) transmettre l'lnfo(Qbs) à une étape de décodage pour obtenir une information qualitative sur les bits codés et Info (Qbu) sur les bits utiles.

2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étape a) est réalisée à l'aide d'un détecteur MAP (Maximum a Posteriori).

3 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les étapes a) à c) sont réitérées jusqu'à ce que les informations qualitatives soient sensiblement constantes. 4 - Utilisation du procédé selon l'une des revendications précédentes pour des émetteurs utilisant une des modulations suivantes : BPSK, QPSK, OFDM.