WO2010072963A1 - Polyphase decomposition of a filter bench for oversampled ofdm - Google Patents

Polyphase decomposition of a filter bench for oversampled ofdm Download PDF

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WO2010072963A1
WO2010072963A1 PCT/FR2009/052641 FR2009052641W WO2010072963A1 WO 2010072963 A1 WO2010072963 A1 WO 2010072963A1 FR 2009052641 W FR2009052641 W FR 2009052641W WO 2010072963 A1 WO2010072963 A1 WO 2010072963A1
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matrix
equal
decomposition
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stages
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PCT/FR2009/052641
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Pierre Siohan
Didier Pinchon
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France Telecom
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    • H04L27/2647Arrangements specific to the receiver only
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    • H04L27/265Fourier transform demodulators, e.g. fast Fourier transform [FFT] or discrete Fourier transform [DFT] demodulators
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    • H03H17/0621Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing
    • H03H17/0635Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies
    • H03H17/065Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies the ratio being integer
    • H03H17/0664Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies the ratio being integer where the output-delivery frequency is lower than the input sampling frequency, i.e. decimation
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    • H03H17/0685Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies the ratio being rational
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    • H04L27/2626Arrangements specific to the transmitter only
    • H04L27/2627Modulators
    • H04L27/2644Modulators with oversampling

Definitions

  • the field of the invention is that of the transmission of digital signals based on multicarrier modulations.
  • the invention relates to the modulation and demodulation of Oversampled Orthogonal Frequency Division Multiplexing (Quadrature Amplitude Modulation) signals.
  • the invention applies to wireless or wired communications.
  • oversampled OFDM is still called FMT (Filtered MultiTone).
  • FMT Frtered MultiTone
  • the invention finds particular applications in DVB-type broadcasting systems or in VDSL type transmissions (in English "Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line", in French “digital subscriber line very high speed ").
  • Multi-carrier transmission techniques for example of the OFDM type, are used for wireless (DVB-T, WiFi, WiMax) or wired (xDSL, PLC) communications. They make it possible in particular to improve the spectral efficiency in so-called frequency selective transmission channels. Indeed, with these techniques, the spectrum is divided into sub-channels and the signal is transmitted on several subcarriers. These techniques can in particular be combined with multiple access techniques, which increase the number of users who can access a resource at any time.
  • the OFDM signal is written in baseband in the following form: with: or :
  • M is the number of carriers on which we want to transmit complex symbols of data c mn , with and n ⁇ Z;
  • O is an integrable square function, also called a prototype function
  • Appendix A which is an integral part of the description, recalls the main characteristics of OFDM modulations.
  • Over-sampled OFDM compared to conventional FOFDM, presents the possibility of introducing an optimized waveform with appropriate criteria for a given transmission channel.
  • This specific waveform is produced by an exponential modulation of a filter, called a prototype filter.
  • Appendix B which is also an integral part of the description, recalls the main features of oversampled TOFDM.
  • the discrete signal of oversampled OFDM making it possible to transmit M data symbols on JV samples, with N greater than M, can be expressed in the form: with: or :
  • - D is a parameter related to the delay of treatment introduced by the system of transmission; - ⁇ mn is a phase term.
  • Equations (4) and (5) can be rewritten by revealing a bank of synthesis filters with M sub-bands having an expansion factor equal to N consisting of m filters F m (z) of impulse responses f m [ k].
  • Such a system also called a transmultiplexer, is illustrated in FIG. 1, and in particular described in the European patent EP 1 354 453 (reference [3] in Appendix G) in the name of the same applicant.
  • Appendix C which is an integral part of the description, recalls its main features. It should be remembered that to realize in the form of a transmultiplexer a so-called oversampled OFDM system or FMT, a synthesis bank is placed on the transmission (modulation side) and an analysis bench on the reception side (demodulation side), including a necessary delay. to the realization of a causal system. In a dual manner, to produce a so-called sub-band coding system, an input signal is processed by a modulation-side analysis bank and the signal x (n) is reconstructed on reception (demodulation side) by a bank. of synthesis.
  • the above-mentioned document [4] proposes a decomposition theorem that splits the initial transmission system of the perfect reconstruction equations into small equation independent subsystems, which can be solved by means of appropriate angular parameterizations.
  • the technique presented in this document [4] provides, in the end, an algorithm for obtaining oversampled transmultiplexers for rational oversampling ratios 3/2, 4/3 and 5/4 and arbitrarily large prototype filter lengths.
  • the complexity of the technique does not allow to consider oversampling ratios of less than 5/4.
  • solution is understood to mean a technique for implementing the transmultiplexer that will guarantee that the coefficients of the prototype filter and the overall implementation of the modulator and the demodulator will make it possible to verify the orthogonality conditions.
  • a device for demodulating an oversampled multicarrier signal comprises ⁇ stages, ⁇ being an integer greater than or equal to 1, powered by received data representative of source data, each of said stages comprising an analysis filter bank having N 0 branches and a factor of decimation equal to M Q , with N 0 and M Q prime between them and M 0 > 1.
  • an analysis filter bank includes a decomposition matrix
  • the decomposition matrix is a para-unitary matrix, some coefficients of which are forced to zero according to a predetermined criterion taking into account the decimation factor M Q and the number of branches N 0 , so as to allow a perfect reconstruction of the source data.
  • the invention thus proposes a new technique of demodulation with perfect reconstruction, making it possible to ensure the orthogonality of the carriers of an oversampled multicarrier signal (M 0 ⁇ N 0 ), and in particular of an oversampled OFDM / QAM signal.
  • the prototype filter of the demodulator thus constructed allows multicarrier transmissions using up-to-date oversampling ratios, and in particular ratios close to unity. Indeed, it is recalled that over oversampling is low and close to unity, plus the spectral efficiency of the multicarrier signal is important, which is desirable.
  • the proposed technique makes it possible to obtain oversampled multicarrier systems for linear or nonlinear phase prototype filters, because of the use of a number of stages that can be arbitrary.
  • non-linear phase prototype filter has several advantages, such as obtaining regular structures with a minimum of rotation angles for the implementation of the prototype filter as described below, or a higher attenuation for the prototype filter for a given prototype length and oversampling ratio.
  • M is an integer greater than or equal to 1
  • the decomposition matrix consists of m identical matrices B, each matrix B consisting of at least one rotation and at least one offset, m being greater than or equal to 1.
  • the different rotations of a matrix B are independent. In other words, a rotation being defined by an angle of rotation, there are no dependencies between the different angles of rotation. According to another particular aspect, the number of branches N 0 is equal to M 0 + 1.
  • the oversampling ratio is then close to unity.
  • the number of rotations of a matrix B is equal to M Q.
  • the decomposition matrix V ⁇ '(z) consists of m identical matrices B, the total number of rotations is T ⁇ M Q , which ensures a minimum dimension of the solution.
  • the number of stages ⁇ is an even integer, greater than or equal to 2. Indeed, if the prototype filter is a linear phase filter, it is necessary that the number of stages ⁇ be an integer pair for symmetry reasons.
  • the stages supply first permutation means PT comprising ⁇ N 0 inputs and AN Q outputs, feeding N 0 Fourier matrices F ⁇ , which themselves feed second permutation means P.
  • the invention in another embodiment, relates to a method for demodulating an oversampled multicarrier signal.
  • a method for demodulating an oversampled multicarrier signal implements ⁇ stages fed by received data representative of source data, each of said stages implementing an analysis filter having No branches and a decimation factor equal to M 0 , with N 0 and M 0 prime between them and M Q > 1, comprising the following steps: - multiplication by a decomposition matrix V l '(z) and multiplication by a Fourier matrix F ⁇ 0 .
  • the decomposition matrix is a para-unitary matrix, some coefficients of which are forced to zero according to a predetermined criterion taking into account the decimation factor M Q and the number of branches N 0 , so as to allow a perfect reconstruction of the data. source.
  • a demodulation device as described above. This method may of course include the various characteristics relating to the demodulation device according to the invention.
  • the decomposition matrix consists of m identical matrices B, each matrix B consisting of at least one rotation and at least one offset, m being greater than or equal to 1, and the method comprises a preliminary phase of determination of the matrices B, so that the matrices B are written in the following form: where Z ⁇ 0 is a diagonal square matrix providing an offset and R 1 n + 1 a rotation matrix.
  • the invention furthermore relates to a device for modulating an oversampled multicarrier signal.
  • such a device comprises ⁇ stages, fed by data source, each stage comprising a synthesis filterbank having N 0 branches and an expansion factor equal to M 0, N is 0 and M 0 first between them and M 0 > 1, a synthesis filter bank comprising a conjugate Fourier matrix FyV 0 and a conjugated decomposition matrix
  • the conjugate decomposition matrix is a para-unitary matrix, some coefficients of which are forced to zero according to a predetermined criterion taking into account the expansion factor M 0 and the number of branches N 0 , so as to allow a perfect reconstruction. source data.
  • Such a modulation device is able to modulate a signal intended to be received by the demodulation device described above.
  • this modulation device The characteristics and advantages of this modulation device are the same as those of the demodulation device. Therefore, they are not detailed further. Indeed, it is noted that the modulator and the demodulator operate symmetrically, to allow a perfect reconstruction of the source data. Thus, the decomposition and Fourier matrices used on the modulation side correspond to the conjugates of the decomposition and Fourier matrices used on the demodulation side.
  • the invention in another embodiment, relates to a method of modulating an oversampled multicarrier signal.
  • a method of modulating an oversampled multicarrier signal implements ⁇ stages powered by the source data, each stage employing a synthesis filter having N branches 0 and an expansion factor equal to M 0, N is 0 and M 0 between themselves and M Q > 1, comprising the following steps: multiplication by a conjugate Fourier matrix F ⁇ 0 , multiplication by a conjugated decomposition matrix V ⁇ (z).
  • the conjugated decomposition matrix is a para-unitary matrix, some coefficients of which are forced to zero according to a predetermined criterion taking into account the expansion factor M Q and the number of branches N 0 , so as to allow perfect reconstruction. source data.
  • the invention also relates to a computer program comprising instructions for implementing the modulation method and / or the demodulation method as described above when the program is executed by a processor.
  • the invention also relates to a system for transmitting an oversampled multicarrier signal, comprising a modulation device and a demodulation device as described above, so as to allow a perfect reconstruction of said source data.
  • FIG. 1 presents a conventional transmultiplexer, associated with OFDM modulations oversampled with N> M
  • FIGS. 2A and 2B illustrate an analysis bench and its equivalent diagram for an oversampled system of N / M ratio, with N> M
  • Figure 3 shows a modulated bench for oversampled report analysis
  • FIG. 4 shows an oversampled synthesis modulated bench of N / M ratio, with N ⁇ M, modulator side, in decomposed form;
  • Figures 6A and 6B provide two equivalent representations of a matrix operation;
  • FIG. 7 illustrates an embodiment diagram of a matrix of decomposition V ⁇ Cz);
  • FIGS. 8A and 8B illustrate an example of a prototype filter, with its impulse response and its frequency response.
  • the invention proposes a new modulation / demodulation technique making it possible to determine different structures for producing the prototype filter used to shape the carriers of an oversampled multicarrier signal, in a transmultiplexer type system or, in a dual mode, in a subband system.
  • the use of the prototype filter thus determined makes it possible to ensure orthogonality of the carriers, that is to say to maintain the distances between the multicarrier symbols transmitted at the output of the modulator, which makes it possible to optimize the transmission performance.
  • the transmission channel is the ideal channel
  • the data reconstructed at the output of the demodulator will be identical to the source data input of the modulator.
  • AWGN white Gaussian noise
  • the invention proposes to determine the most appropriate implementation structures for the implementation of the prototype filter P (z) in its so-called polyphase form, by decomposing the matrix H (z) representative of the polyphase components of the prototype filter.
  • solutions are written in the form of matrix products, which translate for implantation in the modulator or the demodulator by cascades of rotation and shift cells. It will be recalled that a solution here corresponds to obtaining a perfectly orthogonal filter bank because of its production structure.
  • the proposed technique makes it possible to preserve the orthogonality of the carriers because of the independence of the parameters, even if the angles of the rotations are changed.
  • the prototype filter can be implemented in its polyphase form, by means of a polyphase matrix H (z).
  • the invention proposes, according to this particular embodiment, to break down the polyphase matrix in the form of matrix products.
  • polyphase matrix H (z) can be factored into the form:
  • the operator X of FIG. 3 corresponds to the matrix D.
  • a demodulator comprises ⁇ stages powered by received data.
  • Received data feeding the first stage undergo a decimation according to a decimation factor ⁇
  • the received data supplying the second stage undergo a delay z and a decimation according to the factor ⁇
  • the received data supplying the ⁇ th stage suffer ( ⁇ - 1) delays z "1 and a decimation according to the factor ⁇
  • Each stage comprises an analysis filter bank having N 0 subbands or branches and a decimation factor equal to M Q , with N 0 and M Q prime between them.
  • analysis includes a decomposition matrix F ⁇ 0 in size
  • the permutation matrices P, P take the form
  • the first interleaving is provided by the outputs of the decomposition matrices
  • FIG. 4 illustrates the decomposition of the polyphase matrix H (z) on the modulator side, implemented symmetrically with the demodulator. More precisely, a modulator according to this decomposition comprises ⁇ stages fed by source data after an inverse Fourier transform. Each stage comprises a synthesis filterbank having N branches 0 and an expansion factor equal to M Q, where N is 0 and M 0 coprime 0 and N> 0 M> 1.
  • a synthesis filterbank comprises a conjugated Fourier matrix F ⁇ Q , of size N 0 XN Q , and a conjugated decomposition matrix V ⁇ (z), of size M 0 x No, with / ranging from 0 to ⁇ - 1.
  • motifs also called “pattems”, defining the set of possible solutions for the decomposition matrices, again denoted S MQtNQ> m .
  • the set S ⁇ 0 ⁇ 0 m thus corresponds to the union of a set of solutions, each solution being a set of para- unitary decomposition matrices. , for / ranging from 0 to ⁇ -1.
  • Para-unitary matrices correspond to a product of at least one rotation and / or shift.
  • FIG. 8A illustrates the impulse response h (n) of the prototype filter, making it possible to determine the value of its coefficients
  • FIG. 8B illustrates the amplitude of the filter (in dB) as a function of the frequency (frequency response).
  • Appendix E paragraph 5.8, presents the number of solutions obtained, for different triplets of parameters (M 0 , N 0 , m).
  • Appendix E presents a complete set of solutions such that no solution is contained in another and each solution is defined with a minimum number of angular parameters (called dimension of this solution), for some values of the triplet ( M 0 , N Q , m).
  • Minimum number of parameters therefore means that in each embodiment structure the necessary number of rotations used can no longer be reduced.
  • the invention makes it possible: to obtain the parametric angular solutions allowing the structural realization, at the level of the modulator and the demodulator, of the perfect reconstruction condition; - the adequacy of the proposed solutions to the use of the method of compact representation (as recalled in Annex E, paragraph 5.6) to determine the angular parameters of the prototype structure or function, and thus to the optimization of arbitrary-sized modulation / demodulation systems, even for a high ⁇ number;
  • an OFDM-type multicarrier transmission system having a spectral efficiency comparable to that of a cyclic prefixed OFDM system (CP) of reduced value, that is to say less than 25%;
  • CP cyclic prefixed OFDM system
  • each solution is described using a minimum number of independent angular parameters
  • any para-unitary matrix, solution of the problem posed belongs to at least one solution.
  • a modulator and / or a demodulator in which the ⁇ stages (or sub-blocks of polyphase filtering of the modulated banks DFT are made using a minimum number of independent angular parameters.
  • the invention also allows the realization of a uniform filter bank with N sub-bands and rational oversampling
  • (/ m, n ) (m , n) ei x z constitutes a family of Gabor.
  • the goal is to find the symbols C ⁇ n from the signal s (t). This is possible if and only if (/ m , n ) (m, n ) ei ⁇ z constitutes a free family.
  • the density d ⁇ ⁇ must be less than or equal to 1 to be able to demodulate the signal.
  • the spectral efficiency ⁇ which measures the bit rate per unit of time and frequency, is related to the density by the relation ⁇ ⁇ bd.
  • the functions f m , n are orthogonal (or the pair f m ⁇ n , 9 m , n is biorthogonal);
  • the function / is well localized in time and in frequency (or the functions / and g are both well localized in time and in frequency);
  • OFDM / OQAM which, by releasing the orthogonality constraint by limiting it to the real body by the Offset-QAM technique (OQAM), allows the introduction of waveforms well localized in time and frequency, all maintaining maximum spectral efficiency;
  • ⁇ ⁇ m, n is a phase term that will also allow us to describe the detail of a causal realization of an oversampled OFDM modem (or modulator-modulator).
  • any system modulated by Gabor functions defined by a triplet (Z, T 0 , FQ) is an OFDM system.
  • the discrete time OFDM / QAM modem can therefore be realized using a transmultiplexer as described in FIG. 1.
  • Type I polyphase decompositions of transmission and reception prototypes are also used:
  • the choice of the optimization criterion of the prototype filters generally depends on the type of application envisaged. In the case of a transmission system in a static channel such as that of the ADSL ("Asymmetric Digital Subscriber Line"), a common choice is to minimize the out-of-band energy.
  • the model of modeling corresponds to a filter varying in time, the channel is then dispersive in time and frequency. In this case, where the temporal and frequency dimension are equally important, the time-frequency localization criterion is currently the reference criterion. This is for example the case in [Ij, referenced in Appendix G.
  • the polyphase matrix of the analysis filter bank is a matrix of size N x M having the elements H ⁇ (z).
  • N x M having the elements H ⁇ (z).
  • the processing produced by the analysis bench corresponds to the matrix product H (z) X (z) where X (z) ) is a column matrix M x I such that
  • the matrix of I N contains Mo copies concatenated horizontally and that of IM contains N 0 vertically concatenated copies.
  • the problem to be solved is to determine the most appropriate realization structures for the implementation of the matrix H (z) in the case of the exponential modulation and for different values of M 0 , N 0 , ⁇ and m.
  • the principle of resolution is based on equivalences between the paraunitarity of polyphase matrices and the perfect reconstruction condition. The demonstration is therefore linked to the identification of specific properties which are then used to produce new implementation schemes for oversampled filter banks.
  • the matrix Vp (z) of size N 0 x M 0 is defined by and the matrix Up (z) of size N 0 x M 0 is defined by
  • T 1 ( ⁇ ) the square diagonal matrix of size N 0 whose (k + l) -th element is z - i ( kf ) + a (k) N 0 ⁇ Q ⁇ k ⁇ N 0 and by T 2 (z) the square diagonal matrix of size M 0 with for (Z + 1) -th element 0 ⁇ I ⁇ M 0 .
  • FIG. 2B then produces the diagram represented in FIG. 3, where each of the ⁇ -polyphase components of the prototype filter P (z) intervenes in this diagram to define a modulated sub-band at iV 0 with a decimation factor equal to Note that in this diagram:
  • a (z) is a matrix with N rows and M columns whose elements are filters
  • ⁇ (z) the matrix with M rows and N columns whose elements are given by
  • a paraunitary matrix is a matrix A (z), with M ⁇ N, satisfying where IM is the unit matrix of dimension M.
  • Reference [4] gives a set of parametric representations of the particular class of paraunitary matrices that occurs for modulated transmultiplexers
  • T $ (z) the square diagonal matrix of size NQ with (A; + 1) - th element z ( ⁇ ( *, o ) + " (JV b- i - fc , o ) + " ) / ⁇ iV b- (*) - ⁇ ( ⁇ b i - f c)) g ⁇ that ⁇ a I t r ice T 4 (z), also 5 square diagonal but with size M 0 to (7 + l) -th element z ( ⁇ i) + q (p, o M i - i) + i - u) / N Q) ⁇
  • R 1 ⁇ The set of rotations [R 1 ⁇ (O), ⁇ € R ⁇ is denoted R 1 ⁇ .
  • R 3 the representation of a direct rotation using Euler angles corresponds to the identity
  • N 2T / ] J
  • J z ⁇ ⁇ if i £ / and 0 if not. If A (z) is a paraunitary matrix with N rows and M columns with
  • M 0 and NQ with Mo ⁇ No, M 0 and No first between them.
  • UM O N O the set of paraunitary matrices at N 0 rows and Mo columns.
  • ⁇ M0 , N 0 , m with m> 0 denotes the subset of UM O , N O matrices whose elements are of degree in z ⁇ x less than or equal to m.
  • UM O , N O , O is the set of paraunitary matrices of dimension JV 0 x Mo constants.
  • a matrix A (z) of U M0 , N 0 , m can be represented as a polynomial in z ⁇ ⁇ with constant matrix coefficients:
  • a matrix of UM O , N O constant whose elements are in the set ⁇ 0, 1, -1 ⁇ is said elementary.
  • Such a matrix necessarily has Mo non-zero values, equal to 1 or -1, so that two non-zero elements are neither on the same column nor on the same line.
  • An elementary matrix U containing only 0s or 1s has an element equal to 1 in each column, without having two elements equal to 1 on the same line.
  • T for i - 1,. . . k is either an offset Zi with / G ⁇ 1,. . . , No ⁇ , or a set of elementary rotations of the form R 1J with 1 ⁇ i, j ⁇ N 0 , ⁇ ⁇ j.
  • An element of S is a function of n independent angular parameters where n is the number of elementary rotations in the sequence Ti,. . . , T ⁇ .
  • the set S MO , NO , TTI consists of paraunitary matrices A (z) of dimensions TVo x M 0 where the constant matrices Ao and A m of dimensions No x Mo have preassigned null elements:)) for 0 ⁇ k ⁇ N 0 - 1, 0 ⁇ I ⁇ M 0 - 1.
  • Aooo m B_ The subset of paraunitary matrices of degree m in AoooB_ is denoted Aooo m B_ and consistent with the previous convention A ooo m ⁇ ⁇ A ooo m _ 1 5.
  • the sets A ooo m H and i ooo ⁇ are called paraunitary patterns.
  • R ⁇ , j ( ⁇ ) be a rotation of any angle ⁇ as defined in paragraph 5.7.1 and A an orthogonal pattern. Then since the rotation acts on lines i and j, if M € A 000 H the constant element of line 1 or j and column /,! ⁇ / ⁇ M 0 of the matrix R 1 ⁇ (O) M is not zero if (i, j) GA or (j, I) G A.
  • a parity pattern A 000 B is rotatable if there are two indices i and j, i ⁇ j such that the two lines i and j of the pattern are identical with at least one element non-zero (i, k) GA and a non-zero element (i, I) G B.
  • a ooo B_ is reducible in degree if for any index i between 1 and N 0 the line i of A has all its null elements, or the line 30 i of B_.
  • a ooo m B_ Z ⁇ Aiooo m _ x B ⁇ where A '- ⁇ (i, j), (i, j) GA or i G / ⁇ and B' - ⁇ ( ⁇ , j), (i , j) GB or i $ / ⁇ , and it is said that it is a paraunitary shift.
  • a oOo 0 B Z 1 AL
  • a ' ⁇ (i, j), (hj) £ A , ii 1 ⁇ U ⁇ (t, j), (i, j) GB, i G / ⁇ and it is said that it is an orthogonal shift.
  • a ooo B_ is cleavable if its matrices A and B_ io satisfy the previous property.
  • a ooo B_ in the form where K> 2, A k CA, B k CB, 1 ⁇ k ⁇ K and where each pattern A_ k _ ooo B j1 is no longer cleavable.
  • This decomposition of the pattern A ooo B_ is called its total splitting and the A k ooo B k the splitting components.
  • the column vectors of an orthogonal matrix are orthogonal.
  • a quasi-basic orthogonal pattern is called a pattern A such that for every line i, there exists at most one column k such that (i, k) E A.
  • STAP designates a Suite of Transformations Applied to a Pattern.
  • An STAP consists of a sequence Ti, T 2 , T k of transformations, possibly empty, each T % being a rotation R 10 with 1 ⁇ i ⁇ j ⁇ N 0 or an offset Z 1 with / C ⁇ 1 ,. . . , N 0 ] and a paraunitary pattern Aooo ⁇ or orthogonal A
  • This second type of STAP is called an STAP solution.
  • the STAP is said to be reducible in degree and one defines its shift with a paraunitary pattern by] where A ', B' are defined in paragraph 5.8.1. Its offset with an orthogonal pattern ⁇ is defined by where A 'is defined in 5.8.1.
  • the pattern of an STAP is cleavable, then we can write it as equivalent to a set of STAP whose patterns are the components of the cleavage, and we say that the STAP is cleavable and that we performed the splitting of STAP.
  • the SQ set consists of STAPs which are all reducible in degree.
  • the set S Q is the set of paraunit offsets of the elements of SQ.
  • T is replaced by S Q and SQ by S ⁇ and so on.
  • the STAP sets O n , n> 1 are the STAPs obtained from the STAPs of E n - ⁇ by shifting their reducible patterns in degrees to orthogonal patterns. We then apply the following algorithm to transform O n into a set of quasi-elementary STAPs, then a set S n of STAP solutions.
  • One solution may be contained in another, that is, the set S n is redundant.
  • a solution may depend on a number of rotations strictly greater than its dimension.
  • the next step is to start from S n to build a set of solutions no longer presenting these two disadvantages.
  • the application ⁇ ⁇ s can be considered as an application of H n in JR, ⁇ 0 M ° and the maximum dimension of the tangent space in ⁇ ( ⁇ , ..., ⁇ n ) is reached almost everywhere on IR ". This maximum dimension is called the dimension of the solution and we denote dim (S '). We always have (Um (S) ⁇ n
  • D and E are two solutions of ⁇ S 2 , 3 , m of dimension 2m, unsymmetrical null supports
  • the solution S M0 defined by is a solution of S M0 , N 0 , m- This solution is symmetrical and of dimension T ⁇ ⁇ NQ / 2) 2 .
  • Zjv 0 is the diagonal square matrix of dimensions JVo x JV 0 whose diagonal terms are equal to 1 except on the last line whose term is z ⁇ x .
  • Ti (Z) is the diagonal matrix 5 x 5, non-causal, having as diagonal elements 1, z, z 2 , z 3 , z A , z ⁇ x and T 2 (z) the diagonal matrix 4x4 of diagonal elements 1, z ⁇ ⁇ , z ⁇ 2 , z ⁇ 3 .
  • B denotes a matrix dand B for which the angles have been fixed.
  • the matrix B (z) defined by wherein the angles of rotation matrices R I, M0 + I are not indicated.
  • FIGS. 8A and 8B An example of such a prototype filter optimized for out-of-band energy, in the case of a non-linear phase, is shown in FIGS. 8A and 8B.

Abstract

The invention relates to a device for demodulating an oversampled multi-carrier signal. According to the invention, the device includes Δ stages, Δ being an integer higher than or equal to 1, supplied with received data representative of source data, each of said stages including an analysis filter bench having N 0 branches and a decimation factor equal to M 0 , N 0 and M 0 being prime numbers relative to each other and M 0 > 1, wherein an analysis filter bench includes a decomposition matrix V (i) (z) and a Fourier matrix F N0 . The decomposition matrix is a para-unit matrix having some coefficients forced to zero according to a predetermined criterion that takes into account said decimation factor M 0 and number of branches N 0 in order to enable a perfect reconstruction of the source data.

Description

DECOMPOSITION POLYPHASE D ' UN BANC DE FILTRES POUR OFDM SURECHANTILLONNE POLYPHASE DECOMPOSITION OF A FILTER BENCH FOR SURFACEFUL OFDM
1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui de la transmission de signaux numériques basés sur des modulations multiporteuses.FIELD OF THE INVENTION The field of the invention is that of the transmission of digital signals based on multicarrier modulations.
Plus précisément, l'invention concerne la modulation et la démodulation de signaux de type OFDM/QAM suréchantillonné (en anglais « Oversampled Orthogonal Frequency Division Multiplexing / Quadrature Amplitude Modulation »).More specifically, the invention relates to the modulation and demodulation of Oversampled Orthogonal Frequency Division Multiplexing (Quadrature Amplitude Modulation) signals.
L'invention s'applique aux communications sans fil ou filaire. Dans le cas d'une transmission filaire, l'OFDM suréchantillonné est encore appelé FMT (en anglais « Filtered MultiTone »). L'invention trouve notamment des applications dans les systèmes de diffusion de type DVB ou dans les transmissions de type VDSL (en anglais « Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line », en français « ligne d'abonné numérique à très haut débit »).The invention applies to wireless or wired communications. In the case of wired transmission, oversampled OFDM is still called FMT (Filtered MultiTone). The invention finds particular applications in DVB-type broadcasting systems or in VDSL type transmissions (in English "Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line", in French "digital subscriber line very high speed ").
2. Art antérieur2. Prior Art
Les techniques de transmission multiporteuses, par exemple de type OFDM, sont utilisées pour les communications sans fil (DVB-T, WiFi, WiMax) ou filaires (xDSL, PLC). Elles permettent notamment d'améliorer l'efficacité spectrale dans des canaux de transmission dits sélectifs en fréquence. En effet, avec ces techniques, le spectre est divisé en sous-canaux et le signal est transmis sur plusieurs sous-porteuses. Ces techniques peuvent notamment être combinées à des techniques d'accès multiple, qui permettent d'accroître le nombre d'usagers pouvant accéder à une ressource à n'importe quel instant.Multi-carrier transmission techniques, for example of the OFDM type, are used for wireless (DVB-T, WiFi, WiMax) or wired (xDSL, PLC) communications. They make it possible in particular to improve the spectral efficiency in so-called frequency selective transmission channels. Indeed, with these techniques, the spectrum is divided into sub-channels and the signal is transmitted on several subcarriers. These techniques can in particular be combined with multiple access techniques, which increase the number of users who can access a resource at any time.
Classiquement, le signal OFDM s'écrit en bande de base sous la forme suivante :
Figure imgf000003_0001
avec : où :
Figure imgf000004_0001
Conventionally, the OFDM signal is written in baseband in the following form:
Figure imgf000003_0001
with: or :
Figure imgf000004_0001
- M est le nombre de porteuses sur lesquelles on veut transmettre des symboles complexes de données cm n , avec et
Figure imgf000004_0004
n ε Z ;
M is the number of carriers on which we want to transmit complex symbols of data c mn , with and
Figure imgf000004_0004
n ε Z;
- /(O est une fonction de carré intégrable, encore appelée fonction prototype ;- / (O is an integrable square function, also called a prototype function;
- T0 est la durée symbole ;- T 0 is the symbol duration;
- F0 est l'espacement entre deux porteuses successives ; et - j2 = -1.F 0 is the spacing between two successive carriers; and - j 2 = -1.
L'annexe A, qui fait partie intégrante de la description, rappelle les principales caractéristiques des modulations OFDM.Appendix A, which is an integral part of the description, recalls the main characteristics of OFDM modulations.
L'OFDM suréchantillonné, par rapport à FOFDM conventionnel, présente la possibilité d'introduire une forme d'onde optimisée avec des critères appropriés pour un canal de transmission donné. Cette forme d'onde spécifique est réalisée par une modulation exponentielle d'un filtre, dit filtre prototype.Over-sampled OFDM, compared to conventional FOFDM, presents the possibility of introducing an optimized waveform with appropriate criteria for a given transmission channel. This specific waveform is produced by an exponential modulation of a filter, called a prototype filter.
L'annexe B, qui fait également partie intégrante de la description, rappelle les principales caractéristiques de TOFDM suréchantillonné.Appendix B, which is also an integral part of the description, recalls the main features of oversampled TOFDM.
Plus précisément, le signal discret de l'OFDM suréchantillonné, permettant de transmettre M symboles de données sur JV échantillons, avec N supérieur à M, peut s'exprimer sous la forme :
Figure imgf000004_0002
avec :
Figure imgf000004_0003
où :
More precisely, the discrete signal of oversampled OFDM, making it possible to transmit M data symbols on JV samples, with N greater than M, can be expressed in the form:
Figure imgf000004_0002
with:
Figure imgf000004_0003
or :
- k est l'indice des échantillons du signal discret ;- k is the index of the samples of the discrete signal;
- J[k] représente le filtre prototype que l'on supposera à réponse impulsionnelle finie (RIF) de longueur L ;- J [k] represents the prototype filter that will be assumed to have a finite impulse response (FIR) of length L;
- D est un paramètre lié au retard de traitement introduit par le système de transmission ; - ψm n est un terme de phase.- D is a parameter related to the delay of treatment introduced by the system of transmission; - ψ mn is a phase term.
Les équations (4) et (5) peuvent se réécrire en faisant apparaître un banc de filtres de synthèse à M sous-bandes ayant un facteur d'expansion égal à N constitué de m filtres Fm(z) de réponses impulsionnelles fm [k] .Equations (4) and (5) can be rewritten by revealing a bank of synthesis filters with M sub-bands having an expansion factor equal to N consisting of m filters F m (z) of impulse responses f m [ k].
Un tel système, encore appelé transmultiplexeur, est illustré en figure 1, et notamment décrit dans le brevet européen EP 1 354 453 (référence [3] dans l'annexe G) au nom du même demandeur. L'annexe C, qui fait partie intégrante de la description, en rappelle les principales caractéristiques. On rappelle que pour réaliser sous forme de transmultiplexeur un système dit OFDM suréchantillonné ou FMT, on place un banc de synthèse à l'émission (côté modulation) et un banc d'analyse à la réception (côté démodulation) en incluant un retard approprié nécessaire à la réalisation d'un système causal. De manière duale, pour réaliser un système dit de codage en sous-bande, on traite un signal d'entrée par un banc d'analyse côté modulation et on reconstruit à la réception (côté démodulation) le signal x(n) par un banc de synthèse.Such a system, also called a transmultiplexer, is illustrated in FIG. 1, and in particular described in the European patent EP 1 354 453 (reference [3] in Appendix G) in the name of the same applicant. Appendix C, which is an integral part of the description, recalls its main features. It should be remembered that to realize in the form of a transmultiplexer a so-called oversampled OFDM system or FMT, a synthesis bank is placed on the transmission (modulation side) and an analysis bench on the reception side (demodulation side), including a necessary delay. to the realization of a causal system. In a dual manner, to produce a so-called sub-band coding system, an input signal is processed by a modulation-side analysis bank and the signal x (n) is reconstructed on reception (demodulation side) by a bank. of synthesis.
Les avancées les plus significatives sur la théorie des bancs de filtres modulés suréchantillonnés concernaient des dispositifs prévus pour du codage en sous-bande. Le document « Oversampled modulated filter banks and tight Gabor frames in I2 (Z) », Z. CVETKOVIC, en constitue un exemple. Toutefois les auteurs n'y présentent que des exemples "jouets", inutilisables dans une application de transmission, et ne fournissent aucune règle générique de construction.The most significant advances on the theory of oversampled modulated filter banks concerned devices for subband coding. For example, Z. CVETKOVIC, "Oversampled modulated filter banks and tight Gabor frames in I 2 (Z)". However, the authors present only "toy" examples, unusable in a transmission application, and do not provide any generic construction rules.
Les conditions de reconstruction parfaite, ainsi que les critères d'optimisation associés, sont également décrits dans le document [3] précité. De plus, le document « Perfect reconstruction conditions and design of oversampled DFT modulated transmultiplexers » (référence [4] dans l'annexe G) précise les conditions de reconstruction parfaite dans le cas orthogonal, et les informations nécessaires pour obtenir des schémas de réalisation efficaces et rapides à base de Transformée de Fourrier rapide (FFT). L'annexe D, qui fait partie intégrante de la description, en rappelle les principaux aspects.The perfect reconstruction conditions, as well as the associated optimization criteria, are also described in document [3] cited above. In addition, the document "Perfect reconstruction conditions and design of oversampled DFT modulated transmultiplexers" (reference [4] in Appendix G) specifies the conditions for perfect reconstruction in the orthogonal case, and the information needed to obtain efficient implementation schemes. and fast Fourier Transform Fast (FFT). Annex D, which is an integral part of the description, recalls the main aspects.
De plus, le document [4] précité propose un théorème de décomposition scindant le système de transmission initial des équations de reconstruction parfaite en de petits sous-systèmes indépendants d'équations, qui peuvent être résolus grâce à des paramétrisations angulaires appropriées. La technique présentée dans ce document [4] fournit, au final, un algorithme d'obtention de transmultiplexeurs suréchantillonnés pour les rapports de suréchantillonnage rationnels 3/2, 4/3 et 5/4 et des longueurs de filtres prototypes arbitrairement grandes.Moreover, the above-mentioned document [4] proposes a decomposition theorem that splits the initial transmission system of the perfect reconstruction equations into small equation independent subsystems, which can be solved by means of appropriate angular parameterizations. The technique presented in this document [4] provides, in the end, an algorithm for obtaining oversampled transmultiplexers for rational oversampling ratios 3/2, 4/3 and 5/4 and arbitrarily large prototype filter lengths.
Ainsi, la technique décrite dans ce document [4] garantit l'obtention de solutions à reconstruction parfaite (RP), c'est-à-dire parfaitement orthogonales, et permet, grâce à l'utilisation d'une représentation paramétrique sous forme angulaire, que cette orthogonalité soit structurellement vérifiée. Elle présente néanmoins quelques inconvénients, et notamment :Thus, the technique described in this document [4] guarantees the obtaining of perfect reconstruction (RP) solutions, that is to say perfectly orthogonal solutions, and allows, thanks to the use of a parametric representation in angular form. that this orthogonality is structurally verified. It nevertheless has some disadvantages, and in particular:
— les représentations paramétriques ne font pas apparaître de structures de réalisation régulières. Ceci ne permet pas d'en déduire des solutions pour les composantes polyphasés d'un filtre prototype de degré élevé ;- parametric representations do not show regular realization structures. This does not allow to deduce solutions for polyphase components of a high degree prototype filter;
— certaines solutions à reconstruction parfaite peuvent être contenues dans d'autres solutions. Autrement dit, la technique décrite peut aboutir à des représentations paramétriques a priori différentes, mais qui après analyse s'avèrent être équivalentes ;Some solutions with perfect reconstruction can be contained in other solutions. In other words, the described technique can lead to parametric representations which are a priori different, but which after analysis prove to be equivalent;
— la complexité de la technique ne permet pas de considérer des rapports de suréchantillonnage inférieurs à 5/4.The complexity of the technique does not allow to consider oversampling ratios of less than 5/4.
On entend ici « solution » une technique d'implémentation du transmultiplexeur qui va garantir que les coefficients du filtre prototype et l'implémentation globale du modulateur et du démodulateur vont permettre de vérifier les conditions d'orthogonalité. 3. Exposé de l'inventionThe term "solution" is understood to mean a technique for implementing the transmultiplexer that will guarantee that the coefficients of the prototype filter and the overall implementation of the modulator and the demodulator will make it possible to verify the orthogonality conditions. 3. Presentation of the invention
L'invention propose une solution nouvelle qui ne présente pas l'ensemble de ces inconvénients de l'art antérieur, sous la forme d'un dispositif de démodulation d'un signal multiporteuse suréchantillonné. Selon l'invention, un tel dispositif comprend Δ étages, Δ étant un entier supérieur ou égal à 1, alimentés par des données reçues représentatives de données source, chacun desdits étages comprenant un banc de filtres d'analyse présentant N0 branches et un facteur de décimation égal à MQ , avec N0 et MQ premiers entre eux et M0 > 1.The invention proposes a new solution that does not have all of these disadvantages of the prior art, in the form of a device for demodulating an oversampled multicarrier signal. According to the invention, such a device comprises Δ stages, Δ being an integer greater than or equal to 1, powered by received data representative of source data, each of said stages comprising an analysis filter bank having N 0 branches and a factor of decimation equal to M Q , with N 0 and M Q prime between them and M 0 > 1.
Plus précisément, un banc de filtres d'analyse comprend une matrice de décomposition
Figure imgf000007_0001
, et la matrice de décomposition est une matrice para-unitaire, dont certains coefficients sont forcés à zéro selon un critère prédéterminé tenant compte du facteur de décimation MQ et du nombre de branches N0 , de façon à permettre une reconstruction parfaite des données source.
Specifically, an analysis filter bank includes a decomposition matrix
Figure imgf000007_0001
, and the decomposition matrix is a para-unitary matrix, some coefficients of which are forced to zero according to a predetermined criterion taking into account the decimation factor M Q and the number of branches N 0 , so as to allow a perfect reconstruction of the source data. .
L'invention propose ainsi une nouvelle technique de démodulation à reconstruction parfaite, permettant d'assurer l'orthogonalité des porteuses d'un signal multiporteuse suréchantillonné ( M0 < N0 ), et notamment d'un signal OFDM/QAM suréchantillonné.The invention thus proposes a new technique of demodulation with perfect reconstruction, making it possible to ensure the orthogonality of the carriers of an oversampled multicarrier signal (M 0 <N 0 ), and in particular of an oversampled OFDM / QAM signal.
En particulier, le filtre prototype du démodulateur ainsi construit permet des transmissions multiporteuses utilisant des rapports de suréchantillonnage non traités jusqu'à présent, et notamment des rapports proches de l'unité. En effet, on rappelle que plus le suréchantillonnage est faible et proche de l'unité, plus l'efficacité spectrale du signal multiporteuse est importante, ce qui est souhaitable.In particular, the prototype filter of the demodulator thus constructed allows multicarrier transmissions using up-to-date oversampling ratios, and in particular ratios close to unity. Indeed, it is recalled that over oversampling is low and close to unity, plus the spectral efficiency of the multicarrier signal is important, which is desirable.
La technique proposée permet l'obtention de systèmes multiporteuses suréchantillonnés pour des filtres prototypes à phase linéaire ou non linéaire, du fait de l'utilisation d'un nombre d'étages Δ pouvant être quelconque.The proposed technique makes it possible to obtain oversampled multicarrier systems for linear or nonlinear phase prototype filters, because of the use of a number of stages that can be arbitrary.
L'utilisation d'un filtre prototype à phase non linéaire présente plusieurs intérêts, comme l'obtention de structures régulières avec un minimum d'angles de rotation pour l'implémentation du filtre prototype comme décrit ci-après, ou une atténuation plus élevée pour le filtre prototype pour une longueur de prototype et un rapport de suréchantillonnage donnés.The use of a non-linear phase prototype filter has several advantages, such as obtaining regular structures with a minimum of rotation angles for the implementation of the prototype filter as described below, or a higher attenuation for the prototype filter for a given prototype length and oversampling ratio.
L'annexe E, paragraphe 5.8, rappelle la définition des matrices para- unitaires. Par exemple, le critère prédéterminé force à zéro les coefficients de la matrice de décomposition V (z) de taille NQ X MQ , selon les équations suivantes :
Figure imgf000008_0002
avec :
Annex E, paragraph 5.8, recalls the definition of para- unitary matrices. For example, the predetermined criterion forces the coefficients of the decomposition matrix V (z) of size N Q XM Q to zero, according to the following equations:
Figure imgf000008_0002
with:
— m un entier supérieur ou égal à 1 ;M is an integer greater than or equal to 1;
'entiers telle que UM0 — vN0 = 1 , avec |υ| < N0
Figure imgf000008_0001
avec O ≤ k ≤ N0 - 1 et 0 ≤ l ≤ M0 - 1 et τem(a,b) un opérateur définissant le reste de la division des entiers a par b. Les démonstrations associées à la détermination de ce critère sont présentées plus en détail dans les annexes, et notamment l'annexe E, paragraphes
'integer such that UM 0 - vN 0 = 1, with | u | <N 0
Figure imgf000008_0001
with O ≤ k ≤ N 0 - 1 and 0 ≤ l ≤ M 0 - 1 and τem (a, b) an operator defining the remainder of the division of the integers a by b. The demonstrations associated with the determination of this criterion are presented in more detail in the Annexes, including Annex E, paragraphs
5.2 et 5.8.1.5.2 and 5.8.1.
Selon une caractéristique particulière, la matrice de décomposition est constituée de m matrices identiques B , chaque matrice B étant constituée d'au moins une rotation et d'au moins un décalage, m étant supérieur ou égal à 1.According to a particular characteristic, the decomposition matrix consists of m identical matrices B, each matrix B consisting of at least one rotation and at least one offset, m being greater than or equal to 1.
On peut noter que les différentes rotations d'une matrice B sont indépendantes. En d'autres termes, une rotation étant définie par un angle de rotation, il n'y a pas de dépendances entre les différents angles de rotation. Selon un autre aspect particulier, le nombre de branches N0 est égal à M0 + l .It may be noted that the different rotations of a matrix B are independent. In other words, a rotation being defined by an angle of rotation, there are no dependencies between the different angles of rotation. According to another particular aspect, the number of branches N 0 is equal to M 0 + 1.
Le rapport de suréchantillonnage est alors proche de l'unité.The oversampling ratio is then close to unity.
En particulier, le nombre de rotations d'une matrice B est égal à MQ . De cette façon, si la matrice de décomposition V^'(z) est constituée de m matrices identiques B , le nombre de rotations total est de TΠMQ , ce qui assure une dimension minimale de la solution.In particular, the number of rotations of a matrix B is equal to M Q. In this way, if the decomposition matrix V ^ '(z) consists of m identical matrices B, the total number of rotations is TΠM Q , which ensures a minimum dimension of the solution.
Selon une autre caractéristique particulière, le nombre d'étages Δ est un entier pair, supérieur ou égal à 2. En effet, si le filtre prototype est un filtre à phase linéaire, il est nécessaire que le nombre d'étages Δ soit un entier pair pour des raisons de symétrie.According to another particular characteristic, the number of stages Δ is an even integer, greater than or equal to 2. Indeed, if the prototype filter is a linear phase filter, it is necessary that the number of stages Δ be an integer pair for symmetry reasons.
Selon un autre aspect particulier, les étages alimentent des premiers moyens de permutation P T comprenant ΔN0 entrées et ANQ sorties, alimentant N0 matrices de Fourier FΔ , qui alimentent elles-mêmes des seconds moyens de permutation P.According to another particular aspect, the stages supply first permutation means PT comprising ΔN 0 inputs and AN Q outputs, feeding N 0 Fourier matrices F Δ , which themselves feed second permutation means P.
Il est ainsi possible de décomposer l'opération de transformée de Fourier effectuée au niveau du démodulateur.It is thus possible to decompose the Fourier transform operation performed at the demodulator.
Dans un autre mode de réalisation, l'invention concerne un procédé de démodulation d'un signal multiporteuse suréchantillonné. Selon l'invention, un tel procédé met en œuvre Δ étages alimentés par des données reçues représentatives de données source, chacun desdits étages mettant en oeuvre un filtrage d'analyse présentant No branches et un facteur de décimation égal à M0 , avec N0 et M0 premiers entre eux et MQ > 1 , comprenant les étapes suivantes : - multiplication par une matrice de décomposition V l' (z) et multiplication par une matrice de Fourier F^0 .In another embodiment, the invention relates to a method for demodulating an oversampled multicarrier signal. According to the invention, such a method implements Δ stages fed by received data representative of source data, each of said stages implementing an analysis filter having No branches and a decimation factor equal to M 0 , with N 0 and M 0 prime between them and M Q > 1, comprising the following steps: - multiplication by a decomposition matrix V l '(z) and multiplication by a Fourier matrix F ^ 0 .
En particulier, la matrice de décomposition est une matrice para-unitaire, dont certains coefficients sont forcés à zéro selon un critère prédéterminé tenant compte du facteur de décimation MQ et du nombre de branches N0 , de façon à permettre une reconstruction parfaite des données source. Un tel procédé peut être mis en œuvre par un dispositif de démodulation tel que décrit précédemment. Ce procédé pourra bien sûr comporter les différentes caractéristiques relatives au dispositif de démodulation selon l'invention.In particular, the decomposition matrix is a para-unitary matrix, some coefficients of which are forced to zero according to a predetermined criterion taking into account the decimation factor M Q and the number of branches N 0 , so as to allow a perfect reconstruction of the data. source. Such a method can be implemented by a demodulation device as described above. This method may of course include the various characteristics relating to the demodulation device according to the invention.
En particulier, la matrice de décomposition est constituée de m matrices identiques B , chaque matrice B étant constituée d'au moins une rotation et d'au moins un décalage, m étant supérieur ou égal à 1, et le procédé comprend une phase préalable de détermination des matrices B , de façon que les matrices B s'écrivent sous la forme suivante :
Figure imgf000010_0002
où Z^0 est une matrice carrée diagonale assurant un décalage et R1 ^n+1 une matrice de rotation.
In particular, the decomposition matrix consists of m identical matrices B, each matrix B consisting of at least one rotation and at least one offset, m being greater than or equal to 1, and the method comprises a preliminary phase of determination of the matrices B, so that the matrices B are written in the following form:
Figure imgf000010_0002
where Z ^ 0 is a diagonal square matrix providing an offset and R 1 n + 1 a rotation matrix.
L'invention concerne par ailleurs un dispositif de modulation d'un signal multiporteuse suréchantillonné.The invention furthermore relates to a device for modulating an oversampled multicarrier signal.
Selon l'invention, un tel dispositif comprend Δ étages, alimentés par des données source, chacun des étages comprenant un banc de filtres de synthèse présentant N0 branches et un facteur d'expansion égal à M0 , avec N0 et M0 premiers entre eux et M0 > 1 , un banc de filtres de synthèse comprenant une matrice de Fourier conjuguée FyV0 et une matrice de décomposition conjuguéeAccording to the invention, such a device comprises Δ stages, fed by data source, each stage comprising a synthesis filterbank having N 0 branches and an expansion factor equal to M 0, N is 0 and M 0 first between them and M 0 > 1, a synthesis filter bank comprising a conjugate Fourier matrix FyV 0 and a conjugated decomposition matrix
≠'}*(z). En particulier, la matrice de décomposition conjuguée est une matrice para-unitaire, dont certains coefficients sont forcés à zéro selon un critère prédéterminé tenant compte du facteur d'expansion M0 et du nombre de branches N0 , de façon à permettre une reconstruction parfaite des données source.≠ ' } * (z). In particular, the conjugate decomposition matrix is a para-unitary matrix, some coefficients of which are forced to zero according to a predetermined criterion taking into account the expansion factor M 0 and the number of branches N 0 , so as to allow a perfect reconstruction. source data.
Par exemple, le critère prédéterminé force à zéro les coefficients de la matrice de décomposition conjuguée V^* (z) de taille M0 x N0 , selon les équations suivantes :
Figure imgf000010_0001
, où T correspond à l'opération de transposition, avec : - m un entier supérieur ou égal à 1 ;
Figure imgf000011_0001
- (M,V) une paire d'entiers telle que wM0 - VN0 = 1 , avec |M| < N0 et |v| < M0 ; avec 0 < /c < N0 - 1 et 0 < / ≤ M0 - 1 et rem(α,/3) un opérateur définissant le reste de la division de a par b.
For example, the predetermined criterion forces the coefficients of the conjugated decomposition matrix V ^ * (z) of size M 0 x N 0 to zero , according to the following equations:
Figure imgf000010_0001
, where T corresponds to the transposition operation, with: - m an integer greater than or equal to 1;
Figure imgf000011_0001
- (M, V) a pair of integers such that wM 0 - VN 0 = 1, with | M | <N 0 and | v | <M 0 ; with 0 </ c <N 0 - 1 and 0 </ ≤ M 0 - 1 and rem (α, / 3) an operator defining the remainder of the division of a by b.
Un tel dispositif de modulation est apte à moduler un signal destiné à être reçu par le dispositif de démodulation décrit précédemment.Such a modulation device is able to modulate a signal intended to be received by the demodulation device described above.
Les caractéristiques et avantages de ce dispositif de modulation sont les mêmes que ceux du dispositif de démodulation. Par conséquent, ils ne sont pas détaillés plus amplement. En effet, on note que le modulateur et le démodulateur fonctionnent de manière symétrique, afin de permettre une reconstruction parfaite des données sources. Ainsi, les matrices de décomposition et de Fourier utilisées côté modulation correspondent aux conjuguées des matrices de décomposition et de Fourier utilisées côté démodulation.The characteristics and advantages of this modulation device are the same as those of the demodulation device. Therefore, they are not detailed further. Indeed, it is noted that the modulator and the demodulator operate symmetrically, to allow a perfect reconstruction of the source data. Thus, the decomposition and Fourier matrices used on the modulation side correspond to the conjugates of the decomposition and Fourier matrices used on the demodulation side.
Dans un autre mode de réalisation, l'invention concerne un procédé de modulation d'un signal multiporteuse suréchantillonné. Selon l'invention, un tel procédé met en œuvre Δ étages alimentés par des données source, chacun des étages mettant en oeuvre un filtrage de synthèse présentant N0 branches et un facteur d'expansion égal à M0 , avec N0 et M0 premiers entre eux et MQ > 1 , comprenant les étapes suivantes : multiplication par une matrice de Fourier conjuguée F^0 , multiplication par une matrice de décomposition conjuguée V^ (z) .In another embodiment, the invention relates to a method of modulating an oversampled multicarrier signal. According to the invention, such a method implements Δ stages powered by the source data, each stage employing a synthesis filter having N branches 0 and an expansion factor equal to M 0, N is 0 and M 0 between themselves and M Q > 1, comprising the following steps: multiplication by a conjugate Fourier matrix F ^ 0 , multiplication by a conjugated decomposition matrix V ^ (z).
En particulier, la matrice de décomposition conjuguée est une matrice para-unitaire, dont certains coefficients sont forcés à zéro selon un critère prédéterminé tenant compte du facteur d'expansion MQ et du nombre de branches N0 , de façon à permettre une reconstruction parfaite des données source.In particular, the conjugated decomposition matrix is a para-unitary matrix, some coefficients of which are forced to zero according to a predetermined criterion taking into account the expansion factor M Q and the number of branches N 0 , so as to allow perfect reconstruction. source data.
L'invention concerne également un programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé de modulation et/ou du procédé de démodulation tels que décrits précédemment lorsque le programme est exécuté par un processeur. L'invention concerne encore un système de transmission d'un signal multiporteuse suréchantillonné, comprenant un dispositif de modulation et un dispositif de démodulation tels que décrits précédemment, de façon à permettre une reconstruction parfaite desdites données source.The invention also relates to a computer program comprising instructions for implementing the modulation method and / or the demodulation method as described above when the program is executed by a processor. The invention also relates to a system for transmitting an oversampled multicarrier signal, comprising a modulation device and a demodulation device as described above, so as to allow a perfect reconstruction of said source data.
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 présente un transmultiplexeur classique, associé aux modulations OFDM suréchantillonnées avec N > M ; les figures 2A et 2B illustrent un banc d'analyse et son schéma équivalent pour un système suréchantillonné de rapport N /M , avec N > M ; la figure 3 présente un banc modulé d'analyse suréchantillonné de rapport4. List of Figures Other features and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description of a particular embodiment, given as a simple illustrative and non-limiting example, and the accompanying drawings, among which: FIG. 1 presents a conventional transmultiplexer, associated with OFDM modulations oversampled with N> M; FIGS. 2A and 2B illustrate an analysis bench and its equivalent diagram for an oversampled system of N / M ratio, with N> M; Figure 3 shows a modulated bench for oversampled report analysis
N/ M , avec N ≥ M , côté démodulateur, sous forme décomposée ; - la figure 4 présente un banc modulé de synthèse suréchantillonné de rapport N/M , avec N ≥ M , côté modulateur, sous forme décomposée ; la figure 5 représente une rotation, avec NQ = 6, k - 2, I = 5 ; les figures 6A et 6B proposent deux représentations équivalentes d'une opération matricielle ; - la figure 7 illustre un schéma de réalisation d'une matrice de décomposition V^Çz) ; les figures 8A et 8B illustrent un exemple de filtre prototype, avec sa réponse impulsionnelle et sa réponse fréquentielle.N / M, with N ≥ M, demodulator side, in decomposed form; FIG. 4 shows an oversampled synthesis modulated bench of N / M ratio, with N ≥ M, modulator side, in decomposed form; Figure 5 shows a rotation, with N Q = 6, k - 2, I = 5; Figures 6A and 6B provide two equivalent representations of a matrix operation; FIG. 7 illustrates an embodiment diagram of a matrix of decomposition V ^ Cz); FIGS. 8A and 8B illustrate an example of a prototype filter, with its impulse response and its frequency response.
5. Description d'un mode de réalisation de l'invention 5.1 Principe général5. Description of an embodiment of the invention 5.1 General principle
L'invention propose une nouvelle technique de modulation/démodulation permettant de déterminer différentes structures pour la réalisation du filtre prototype utilisé pour mettre en forme les porteuses d'un signal multiporteuse suréchantillonné, dans un système de type transmultiplexeur ou, de manière duale, dans un système en sous-bandes.The invention proposes a new modulation / demodulation technique making it possible to determine different structures for producing the prototype filter used to shape the carriers of an oversampled multicarrier signal, in a transmultiplexer type system or, in a dual mode, in a subband system.
L'utilisation du filtre prototype ainsi déterminé permet d'assurer une orthogonalité des porteuses, c'est-à-dire de conserver les distances entre les symboles multiporteuses transmis en sortie du modulateur, ce qui permet d'optimiser les performances de transmission. En d'autres termes, si le canal de transmission est le canal idéal, les données reconstruites en sortie du démodulateur seront identiques aux données source en entrée du modulateur. Dans le cas d'un canal à bruit blanc gaussien (AWGN), du fait de la parfaite orthogonalité du système de modulation multiporteuse, les probabilités d'erreur symbole (ou bit) seront minimales. En particulier, l'invention propose de déterminer les structures de réalisation les plus appropriées pour l'implémentation du filtre prototype P(z) sous sa forme dite polyphasé, en décomposant la matrice H(z) représentative des composantes polyphasés du filtre prototype.The use of the prototype filter thus determined makes it possible to ensure orthogonality of the carriers, that is to say to maintain the distances between the multicarrier symbols transmitted at the output of the modulator, which makes it possible to optimize the transmission performance. In other words, if the transmission channel is the ideal channel, the data reconstructed at the output of the demodulator will be identical to the source data input of the modulator. In the case of a white Gaussian noise (AWGN) channel, because of the perfect orthogonality of the multicarrier modulation system, the symbol error probabilities (or bit) will be minimal. In particular, the invention proposes to determine the most appropriate implementation structures for the implementation of the prototype filter P (z) in its so-called polyphase form, by decomposing the matrix H (z) representative of the polyphase components of the prototype filter.
Les solutions s'écrivent sous forme de produits de matrices, qui se traduisent pour l'implantation dans le modulateur ou le démodulateur par des cascades de cellules de rotation et de décalage. On rappelle qu'une solution correspond ici à l'obtention d'un banc de filtre parfaitement orthogonal du fait de sa structure de réalisation.The solutions are written in the form of matrix products, which translate for implantation in the modulator or the demodulator by cascades of rotation and shift cells. It will be recalled that a solution here corresponds to obtaining a perfectly orthogonal filter bank because of its production structure.
En particulier, la technique proposée permet de préserver l' orthogonalité des porteuses du fait de l'indépendance des paramètres, même si les angles des rotations sont modifiés.In particular, the proposed technique makes it possible to preserve the orthogonality of the carriers because of the independence of the parameters, even if the angles of the rotations are changed.
5.2 Mode de réalisation particulier5.2 Particular embodiment
Comme illustré en figures 2A et 2B, et démontré en annexe E, paragraphe 5.1, qui fait partie intégrante de la description, le filtre prototype peut être implémenté sous sa forme polyphasé, au moyen d'une matrice polyphasé H(z) .As illustrated in FIGS. 2A and 2B, and demonstrated in appendix E, paragraph 5.1, which is an integral part of the description, the prototype filter can be implemented in its polyphase form, by means of a polyphase matrix H (z).
L'invention propose, selon ce mode de réalisation particulier, de décomposer la matrice polyphasé sous la forme de produits de matrice.The invention proposes, according to this particular embodiment, to break down the polyphase matrix in the form of matrix products.
La décomposition de la matrice polyphasé H(z) côté démodulateur est illustrée en figure 3.The decomposition of the polyphase matrix H (z) on the demodulator side is illustrated in FIG.
Plus précisément, comme expliqué en annexe E, la matrice polyphasé H(z) peut se factoriser sous la forme :More precisely, as explained in Appendix E, the polyphase matrix H (z) can be factored into the form:
H(z) = FNV(z) (31) où FN est une matrice de Fourier de dimension N x N et la matrice V(z) de dimension N x M est le produit :H (z) = F N V (z) (31) where F N is a Fourier matrix of dimension N x N and the matrix V (z) of dimension N x M is the product:
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001
En notant Δ le plus grand diviseur commun entre M et N, avec M = ΔM0 , N0 > M0 > 1 , N = ΔN0 , et Δ > 1 , on peut décomposer la matrice de Fourier FN comme décrit en annexe E, paragraphe 5.3, sous la forme suivante :By denoting Δ the greatest common divisor between M and N, with M = ΔM 0 , N 0 > M 0 > 1, N = ΔN 0 , and Δ> 1, we can decompose the Fourier matrix F N as described in the appendix. E, paragraph 5.3, in the following form:
D est la matrice diagonale dont l'élément de ligne et colonne i+1 est oflr si i = qA + r, on ω désigne la racine Ν-ième de l'unité. L'opérateur X de la figure 3 correspond à la matrice D.D is the diagonal matrix whose line element and column i + 1 is ofl r if i = qA + r, we denote the root Ν-th of the unit. The operator X of FIG. 3 corresponds to the matrix D.
Plus précisément, un démodulateur selon cette décomposition comprend Δ étages alimentés par des données reçues. Les données reçues alimentant le premier étage subissent une décimation selon un facteur de décimation Δ, les données reçues alimentant le deuxième étage subissent un retard z et une décimation selon le facteur Δ, les données reçues alimentant le Δème étage subissent (Δ - 1) retards z"1 et une décimation selon le facteur Δ. Chaque étage comprend un banc de filtres d'analyse présentant N0 sous- bandes ou branches et un facteur de décimation égal à MQ , avec N0 et MQ premiers entre eux. Un tel banc de filtres d'analyse comprend une matrice de décomposition
Figure imgf000015_0001
F^0 de taille
More precisely, a demodulator according to this decomposition comprises Δ stages powered by received data. Received data feeding the first stage undergo a decimation according to a decimation factor Δ, the received data supplying the second stage undergo a delay z and a decimation according to the factor Δ, the received data supplying the Δth stage suffer (Δ - 1) delays z "1 and a decimation according to the factor Δ Each stage comprises an analysis filter bank having N 0 subbands or branches and a decimation factor equal to M Q , with N 0 and M Q prime between them. analysis includes a decomposition matrix
Figure imgf000015_0001
F ^ 0 in size
N0 x N0 , avec / allant de 0 à Δ - 1. Selon la figure 3, les matrices de permutations P , P prennent la formeN 0 x N 0 , with / ranging from 0 to Δ - 1. According to FIG. 3, the permutation matrices P, P take the form
T d'un entrelaceur π , II respectivement. Le premier entrelacement est assuré par les sorties des matrices de décomposition
Figure imgf000015_0002
T of an interleaver π, II respectively. The first interleaving is provided by the outputs of the decomposition matrices
Figure imgf000015_0002
La figure 4 illustre quant à elle la décomposition de la matrice polyphasé H(z) côté modulateur, mise en œuvre de façon symétrique au démodulateur. Plus précisément, un modulateur selon cette décomposition comprend Δ étages, alimentés par des données source après une transformée de Fourier inverse. Chaque étage comprend un banc de filtres de synthèse présentant N0 branches et un facteur d'expansion égal à MQ , avec N0 et M0 premiers entre eux et N0 > M0 > 1. Un banc de filtres de synthèse comprend une matrice de Fourier conjuguée FχQ , de taille N0 X NQ , et une matrice de décomposition conjuguée V^ (z) , de taille M0 x No , avec / allant de 0 à Δ - 1.FIG. 4 illustrates the decomposition of the polyphase matrix H (z) on the modulator side, implemented symmetrically with the demodulator. More precisely, a modulator according to this decomposition comprises Δ stages fed by source data after an inverse Fourier transform. Each stage comprises a synthesis filterbank having N branches 0 and an expansion factor equal to M Q, where N is 0 and M 0 coprime 0 and N> 0 M> 1. A synthesis filterbank comprises a conjugated Fourier matrix Fχ Q , of size N 0 XN Q , and a conjugated decomposition matrix V ^ (z), of size M 0 x No, with / ranging from 0 to Δ - 1.
On cherche alors à définir les différentes structures de réalisation des matrices de décomposition
Figure imgf000015_0003
(z) , en fonction des valeurs des paramètres No et M0. Pour se faire, on considère des matrices de décomposition, V^1' (z) côté démodulation et V^'' (z) côté modulation, para-unitaires, dont certains coefficients sont forcés à zéro selon un critère prédéterminé tenant compte du facteur de décimation MQ et du nombre de branches N0 , de façon à permettre une reconstruction parfaite des données source. Un tel critère est plus précisément défini en annexe E, paragraphes 5.2 et 5.8.1.
We then try to define the different structures of realization of the matrices of decomposition
Figure imgf000015_0003
(z), depending on the values of the parameters No and M 0 . To do this, one considers decomposition matrices, V ^ 1 '(z) demodulation side and V ^''(z) modulation side, para-unitary, some coefficients of which are forced to zero according to a predetermined criterion taking into account the factor decimation M Q and the number of branches N 0 , so as to allow a perfect reconstruction of the source data. Such a criterion is more precisely defined in Annex E, paragraphs 5.2. 5.8.1.
On définit de cette façon des motifs, encore appelés « pattems », définissant l'ensemble de solutions possibles pour les matrices de décomposition , encore noté SMQtNQ>m . L'ensemble S^0 ^0 m correspond donc à l'union d'un ensemble de solutions, chaque solution étant un ensemble de matrices de décomposition para- unitaires
Figure imgf000016_0001
, pour / allant de 0 à Δ- l . Les matrices para-unitaires
Figure imgf000016_0002
correspondent à un produit d'au moins une rotation et/ou décalage.
In this way we define motifs, also called "pattems", defining the set of possible solutions for the decomposition matrices, again denoted S MQtNQ> m . The set S ^ 0 ^ 0 m thus corresponds to the union of a set of solutions, each solution being a set of para- unitary decomposition matrices.
Figure imgf000016_0001
, for / ranging from 0 to Δ-1. Para-unitary matrices
Figure imgf000016_0002
correspond to a product of at least one rotation and / or shift.
La valeur m est définie en fonction de la longueur L du filtre prototype : L = mAM0N0.The value m is defined according to the length L of the prototype filter: L = mAM 0 N 0 .
Par exemple, dans le cas où N0 = M0 + 1 , comme illustré en figures 5, 6A, 6B et 7 pour M0 = 5 , une matrice de décomposition
Figure imgf000016_0003
est obtenue par le produit de m matrices para-unitaires élémentaires identiques B{z) . Comme démontré en annexe F, qui fait partie intégrante de la description, on peut en effet écrire V{t) (z) = Bm (z)U0.
For example, in the case where N 0 = M 0 + 1, as illustrated in FIGS. 5, 6A, 6B and 7 for M 0 = 5, a decomposition matrix
Figure imgf000016_0003
is obtained by the product of m identical elementary para-unitary matrices B {z). As shown in Appendix F, which is an integral part of the description, one can indeed write V {t) (z) = B m (z) U 0 .
Les matrices élémentaires B s'écrivent par exemple sous la forme suivante :
Figure imgf000016_0004
où ZNçj = Z^0+1 est une matrice carrée diagonale assurant un décalage et ^i, Af o+i une matrice de rotations, tel que décrit en annexe F. On note que les rotations de la matrice de rotations R^Mn+i sont indépendantes les unes des autres, ce qui signifie que le fait de modifier l'une des rotations dans la matrice R1 ,MQ +1 n'entraîne pas de modification des autres rotations dans la matrice
Elementary matrices B are written for example in the following form:
Figure imgf000016_0004
NCJ wherein Z = Z + 1 ^ 0 is a diagonal square matrix providing a shift and ^ i, A i f o + a my sorting this rotation, as described in Appendix F. It is noted that the rotations of the rotation matrix R ^ M n + i are independent of each other, which means that modifying one of the rotations in the matrix R 1, M Q + 1 does not lead to a modification of the other rotations in the matrix
Rι,Mo+l Comme décrit en annexe E, paragraphe 5.4, il est possible d'utiliser une représentation paramétrique des matrices para-unitaires, permettant de représenter ces matrices au moyen d'angles et de décalages. Du fait de l'indépendance des angles et des paramètres, le modulateur et le démodulateur ainsi construits permettent une reconstruction parfaite des données source ( x(n) = x(n)), y compris dans le cas où les angles de rotations sont quantifiés. En d'autres termes, le modulateur et le démodulateur ainsi construits permettent de préserver l'orthogonalité des porteuses, même si les angles des rotations sont modifiés. R ι, Mo + l As described in Annex E, Section 5.4, it is possible to use a parametric representation of para-unitary matrices, allowing these matrices to be represented by means of angles and offsets. Due to the independence of the angles and parameters, the modulator and the demodulator thus constructed allow a perfect reconstruction of the source data (x (n) = x (n)), including included in the case where the rotation angles are quantized. In other words, the modulator and the demodulator thus constructed make it possible to preserve the orthogonality of the carriers, even if the angles of the rotations are modified.
Les figures 8A et 8B illustrent un exemple de filtre prototype à réponse impulsionnelle finie obtenu selon ce mode de réalisation, optimisé pour minimiser l'énergie hors-bande, pour un système de taille M = 60 et N = 72 , avec M le nombre de porteuses et N le facteur d'expansion, et les paramètres suivantsFIGS. 8A and 8B illustrate an example of a finite impulse response prototype filter obtained according to this embodiment, optimized to minimize out-of-band energy, for a system of size M = 60 and N = 72, with M the number of carriers and N the expansion factor, and the following parameters
M0 = 5 , N0 = 6 , Δ = 12, et m = 4.M 0 = 5, N 0 = 6, Δ = 12, and m = 4.
La figure 8A illustre la réponse impulsionnelle h(n) du filtre prototype, permettant de déterminer la valeur de ses coefficients, et la figure 8B illustre l'amplitude du filtre (en dB) en fonction de la fréquence (réponse fréquentielle).FIG. 8A illustrates the impulse response h (n) of the prototype filter, making it possible to determine the value of its coefficients, and FIG. 8B illustrates the amplitude of the filter (in dB) as a function of the frequency (frequency response).
Finalement, l'annexe E, paragraphe 5.8, présente le nombre de solutions obtenues, pour différents triplets de paramètres (M0, N0, m) .Finally, Appendix E, paragraph 5.8, presents the number of solutions obtained, for different triplets of parameters (M 0 , N 0 , m).
Par exemple, pour le triplet (4,5,2) , on obtient un ensemble de 61 solutions pour l'implémentation des matrices de décomposition, dont sept solutions présentent une dimension égale à 12, et quatre solutions présentent une dimension égale à 4.For example, for the triplet (4,5,2), we obtain a set of 61 solutions for the implementation of the decomposition matrices, of which seven solutions have a dimension equal to 12, and four solutions have a dimension equal to 4.
Ainsi, l'annexe E présente un ensemble exhaustif de solutions tel qu'aucune solution n'est contenue dans une autre et chaque solution est définie avec un nombre minimal de paramètres angulaires (appelé dimension de cette solution), pour quelques valeurs du triplet (M0, NQ, m) .Thus, Appendix E presents a complete set of solutions such that no solution is contained in another and each solution is defined with a minimum number of angular parameters (called dimension of this solution), for some values of the triplet ( M 0 , N Q , m).
« Nombre minimal de paramètres » signifie donc que dans chaque structure de réalisation le nombre de rotations nécessaire mis en oeuvre ne peut plus être réduit 5.3 Autres caractéristiques et avantages de l'invention"Minimum number of parameters" therefore means that in each embodiment structure the necessary number of rotations used can no longer be reduced. 5.3 Other features and advantages of the invention
Selon au moins un mode de réalisation, l'invention permet : - d'obtenir les solutions angulaires paramétriques permettant la réalisation structurelle, au niveau du modulateur et du démodulateur, de la condition de reconstruction parfaite ; - l'adéquation des solutions proposées à l'utilisation de la méthode de représentation compacte (telle que rappelée en annexe E, paragraphe 5.6) pour déterminer les paramètres angulaires de la structure ou de la fonction prototype, et partant à l'optimisation de systèmes de modulation/démodulation de taille arbitraire, même pour un nombre Δ élevé ;According to at least one embodiment, the invention makes it possible: to obtain the parametric angular solutions allowing the structural realization, at the level of the modulator and the demodulator, of the perfect reconstruction condition; - the adequacy of the proposed solutions to the use of the method of compact representation (as recalled in Annex E, paragraph 5.6) to determine the angular parameters of the prototype structure or function, and thus to the optimization of arbitrary-sized modulation / demodulation systems, even for a high Δ number;
- l'obtention de structures régulières qui fournissent des solutions pour toutes les valeurs des paramètres (MQ, NQ, m) ;obtaining regular structures that provide solutions for all the values of the parameters (M Q , N Q , m);
- d'obtenir un système de transmission multiporteuse de type OFDM ayant une efficacité spectrale comparable à celle d'un système OFDM à préfixe cyclique (CP) de valeur réduite c'est-à-dire inférieure à 25% ;to obtain an OFDM-type multicarrier transmission system having a spectral efficiency comparable to that of a cyclic prefixed OFDM system (CP) of reduced value, that is to say less than 25%;
- de travailler en temps discret, ce qui permet l'application directe des filtres ainsi construits dans les modulateurs/démodulateurs, notamment sous forme numérique ;to work in discrete time, which allows the direct application of the filters thus constructed in the modulators / demodulators, in particular in digital form;
- une interprétation matricielle des systèmes à reconstruction parfaite permettant de déduire directement des structures de réalisation génériques et régulières ;- a matrix interpretation of perfect reconstruction systems allowing direct deduction of generic and regular realization structures;
- d'obtenir, pour toute valeur du triplet (Mo,NQ,m), des familles de solutions de dimension minimale ou maximale ;to obtain, for any value of the triplet (Mo, N Q , m), families of solutions of minimum or maximum dimension;
- d'obtenir un ensemble de solutions vérifiant les propriétés suivantes : - chaque solution est décrite à l'aide d'un nombre minimal de paramètres angulaires indépendants ;to obtain a set of solutions verifying the following properties: each solution is described using a minimum number of independent angular parameters;
- aucune solution n'est contenue dans une autre, et en particulier deux solutions différentes ne sont pas équivalentes ; - toute matrice para-unitaire, solution du problème posé, appartient à une solution au moins.no solution is contained in another, and in particular two different solutions are not equivalent; - any para-unitary matrix, solution of the problem posed, belongs to at least one solution.
Ainsi, il est possible d'obtenir selon un mode de réalisation de l'invention un modulateur et/ou un démodulateur dans lequel les Δ étages (ou sous-blocs de filtrage polyphasé des bancs modulés DFT sont réalisés à l'aide d'un nombre minimal de paramètres angulaires indépendants. Par exemple, pour N0 = MQ + 1 , il est possible d'obtenir l'ensemble des solutions pour des longueurs de filtre prototype L = IΠANQMQ incluant les cas suivants :Thus, it is possible to obtain, according to one embodiment of the invention, a modulator and / or a demodulator in which the Δ stages (or sub-blocks of polyphase filtering of the modulated banks DFT are made using a minimum number of independent angular parameters. For example, for N 0 = M Q + 1, it is possible to obtain all the solutions for prototype filter lengths L = IΠAN Q M Q including the following cases:
- m = 1,...,5 pour M0 = 2 ; - m = 1,...,4 pour M0 = 3 ;- m = 1, ..., 5 for M 0 = 2; - m = 1, ..., 4 for M 0 = 3;
- m = l,...,3 pour M0 = 4 ;- m = 1, ..., 3 for M 0 = 4;
- m = 1,2 pour M0 = 5 ;m = 1.2 for M 0 = 5;
- m = 1 pour M0 = 6.- m = 1 for M 0 = 6.
En particulier, pour des valeurs de paramètres M0 = 2 , N0 = 3 et un filtre prototype de longueur L = 6mΔ , on obtient un ensemble de 3m - 1 solutions.In particular, for parameter values M 0 = 2, N 0 = 3 and a prototype filter of length L = 6mΔ, we obtain a set of 3m - 1 solutions.
Pour M0 impair, N0 = M0 + 1 et un filtre prototype de longueur L = MANQMQ , on obtient la solution de dimension maximale. Pour M0 pair quelconque,For odd M 0 , N 0 = M 0 + 1 and a prototype filter of length L = MAN Q M Q , we obtain the solution of maximum dimension. For M 0 any par,
N0 = M0 + 1 et un filtre prototype de longueur L = mΔN0M0 , on obtient les m — 1 solutions de dimension maximale. Pour tout M0 , N0 = M0 + 1 et m quelconque, on construit une solution à dimension minimale mM0.N 0 = M 0 + 1 and a prototype filter of length L = mΔN 0 M 0 , we obtain the m - 1 solutions of maximum dimension. For any M 0 , N 0 = M 0 + 1 and any m, we build a solution with minimum dimension mM 0 .
Selon un autre mode de réalisation, par dualité, l'invention permet également la réalisation d'un banc de filtres uniforme à N sous bandes et suréchantillonnage rationnel
Figure imgf000019_0001
According to another embodiment, by duality, the invention also allows the realization of a uniform filter bank with N sub-bands and rational oversampling
Figure imgf000019_0001
1 ANNEXE A : La modulation OFDM1 APPENDIX A: OFDM Modulation
Pour une modulation OFDM sur M porteuses on veut transmettre des symboles complexes de données C^n (m € I = {0, • • • , M — 1} et n € Z). Les représentations usuelles pour ces symboles correspondent aux alphabets utilisés pour les modulations d'amplitude 5 comme la QAM (en anglais "Quadrature Amplitude Modulation") ou encore la PSK (en anglais "Phase Shift Keying") et sa variante en codage différentiel la DPSK. Le signal OFDM s'écrit en bande de base :
Figure imgf000020_0003
0 n O n o avec
Figure imgf000020_0001
et 10 - f(t) une fonction de carré intégrable appelée en général fonction prototype ;
For OFDM modulation on M carriers we want to transmit complex data symbols C ^ n (m € I = {0, • • •, M - 1} and n € Z). The usual representations for these symbols correspond to the alphabets used for amplitude modulations such as QAM (Quadrature Amplitude Modulation) or PSK (Phase Shift Keying) and its differential coding variant DPSK. . The OFDM signal is written in baseband:
Figure imgf000020_0003
0 n O no with
Figure imgf000020_0001
and 10 - f (t) an integrable square function generally called a prototype function;
- To durée symbole ;- To symbol duration;
- Fo espacement entre deux porteuses successives ; - J2 = -1.The spacing between two successive carriers; - J 2 = -1.
Ainsi définie, (/m,n)(m,n)eixz constitue une famille de Gabor. Le but est de retrouver les is symboles C^n à partir du signal s(t). Ceci est possible si et seulement si (/m,n)(m,n)eiχz constitue une famille libre. Ainsi, la densité d = ψγ~ doit être inférieure ou égale à 1 pour pouvoir démoduler le signal. Or l'efficacité spectrale η, qui mesure le débit binaire par unité de temps et de fréquence, est liée à la densité par la relation η ≈ bd.Thus defined, (/ m, n ) (m , n) ei x z constitutes a family of Gabor. The goal is to find the symbols C ^ n from the signal s (t). This is possible if and only if (/ m , n ) (m, n ) eiχz constitutes a free family. Thus, the density d = ψγ ~ must be less than or equal to 1 to be able to demodulate the signal. Now the spectral efficiency η, which measures the bit rate per unit of time and frequency, is related to the density by the relation η ≈ bd.
On en déduit que l'efficacité spectrale est maximale lorsque d = 1, i.e. Fo = 1/TQ. 20 Dans ce cas, le théorème de Balian-Low indique que f(t) est une fonction nécessairement mal localisée dans le plan temps-fréquence, c'est pourquoi on peut être amené à réduire l'efficacité spectrale en prenant d < 1. On dit alors que le système est à densité sous- critique.It is deduced that the spectral efficiency is maximal when d = 1, i.e. Fo = 1 / TQ. In this case, the Balian-Low theorem indicates that f (t) is a function necessarily badly localized in the time-frequency plane, that is why it may be necessary to reduce the spectral efficiency by taking d <1. The system is said to be subcritical density.
Pour reprendre la convention d'écriture de [1], référencé en Annexe G, on peut repré- 25 senter un système OFDM par le triplet (/, T0, FQ) et on dira qu'un système OFDM est orthogonal si
Figure imgf000020_0002
To use the write convention of [1], referenced in Appendix G, we can represent an OFDM system by the triple (/, T 0 , FQ) and we say that an OFDM system is orthogonal if
Figure imgf000020_0002
La condition d'orthogonalité n'est pas indispensable pour retrouver exactement les symboles de données cmιTl après démodulation. Ainsi dans le cas d'un système dit biortho- gonal une famille de fonctions de Gabor différente de celle de l'émission peut être utilisée àThe condition of orthogonality is not essential to find exactly the symbols of data c mιTl after demodulation. Thus in the case of a so-called biorthogonal system a family of Gabor functions different from that of the emission can be used to
M la réception. Dans ce cas il faut déterminer un couple de fonctions de Gabor, par exemple fm,n et gmtn qui vérifie la condition (3). Par contre en présence d'un bruit blanc additif gaussien (AWGN) c'est la solution orthogonale qui assure que le taux d'erreur sera minimal.M the reception. In this case it is necessary to determine a pair of functions of Gabor, for example f m , n and g mtn which satisfies condition (3). On the other hand, in the presence of Gaussian additive white noise (AWGN) it is the orthogonal solution that ensures that the error rate will be minimal.
Par le théorème de Balian-Low on sait qu'il est impossible de trouver un triplet (/, T0, Fo), ou un quadruplet (f, g, T0, F0) dans le cas biorthogonal, qui vérifie simultanément les trois conditions suivantes :By the Balian-Low theorem we know that it is impossible to find a triplet (/, T 0 , Fo), or a quadruplet (f, g, T 0 , F 0 ) in the biorthogonal case, which simultaneously verifies three conditions:
1. Les fonctions fm,n sont orthogonales (ou la paire fmηn, 9m,n est biorthogonale) ;1. The functions f m , n are orthogonal (or the pair f mηn , 9 m , n is biorthogonal);
2. La fonction / est bien localisée en temps et en fréquence (ou les fonctions / et g sont toutes deux bien localisées en temps et en fréquence) ;2. The function / is well localized in time and in frequency (or the functions / and g are both well localized in time and in frequency);
3. T0F0 = 1.3. T 0 F 0 = 1.
Ainsi dans le cas de l'OFDM de base, ToFo = 1 mais la fonction prototype est alors une fonction porte mal localisée en fréquence.Thus in the case of the basic OFDM, ToFo = 1 but the prototype function is then a function poorly localized in frequency.
De ce fait les deux seules alternatives de type OFDM sontAs a result, the only two OFDM alternatives are
- L'OFDM/OQAM qui, en relâchant la contrainte d'orthogonalité en la limitant au corps des réels par la technique Offset-QAM (OQAM), permet l'introduction de formes d'ondes bien localisées en temps et en fréquence, tout en conservant une efficacité spectrale maximale ;- The OFDM / OQAM which, by releasing the orthogonality constraint by limiting it to the real body by the Offset-QAM technique (OQAM), allows the introduction of waveforms well localized in time and frequency, all maintaining maximum spectral efficiency;
- L'OFDM à densité sous critique qui introduit une perte d'efficacité spectrale pro- prortionnelle à 1/d. - The subcritical density OFDM which introduces a loss of proratal spectral efficiency to 1 / d.
2 ANNEXE B : L'OFDM suréchantillonné2 APPENDIX B: Oversampling OFDM
Pour obtenir un système de modulation numérique à partir des expressions mathématiques du signal (1, 2), on peut soit procéder par un simple échantillonnage, soit utiliser directement la théorie des familles de Weyl-Heisenberg. Le lien entre les formulations s temps-continu et temps-discret, peut se faire en choisissant une période d'échantillonnage telle que la densité s'écrive d = jψ. De ce fait N > M si bien que pour transmettre M symboles de données N échantillons sont nécessaires, on parlera donc de système OFDM suréchantillonné. Au final le signal discret de l'OFDM suréchantillonné s'exprime sous la forme
Figure imgf000022_0001
îo avec
Figure imgf000022_0003
To obtain a numerical modulation system from the mathematical expressions of the signal (1, 2), one can either proceed by a simple sampling or directly use the Weyl-Heisenberg family theory. The link between time-continuous and time-discrete formulations can be made by choosing a sampling period such that the density is written d = jψ. Hence N> M so that to transmit M data symbols N samples are necessary, we will therefore speak of oversampled OFDM system. In the end, the discrete signal of oversampled OFDM is expressed in the form
Figure imgf000022_0001
with
Figure imgf000022_0003
Dans cette dernière expressionIn this last expression
- f[k] représente le filtre prototype que l'on supposera L rόponse impulsionnelle finie (RIF) de longueur L ;- f [k] represents the prototype filter which will be assumed to be the finite impulse response (FIR) of length L;
- D est un paramètre lié au retard de traitement introduit par le système. Dans le « cas orthogonal D = L - I.- D is a parameter related to the processing delay introduced by the system. In the "orthogonal case D = L - I.
~ Ψm,n est un terme de phase qui va également nous permettre de décrire le détail d'une réalisation causale d'un modem (ou modulateur-dόmodulateur) OFDM suréchantillonné.~ Ψ m, n is a phase term that will also allow us to describe the detail of a causal realization of an oversampled OFDM modem (or modulator-modulator).
La condition d'orthogonalité s'écrit alors sous la forme
Figure imgf000022_0004
The condition of orthogonality is then written in the form
Figure imgf000022_0004
20 Si cette condition est réalisée à la démodulation nous obtenons
Figure imgf000022_0002
20 If this condition is realized at the demodulation we get
Figure imgf000022_0002
Notons à ce stade que le terme de phase φm<n n'a pas d'influence sur la condition d'orthogonalité (6). Deux remarques s'imposent également pour ce qui concerne la terminologie.Note at this stage that the phase term φ m <n has no influence on the orthogonality condition (6). Two remarks are also needed regarding the terminology.
- Si on se réfère à [1], référencé en Annexe G, tout système modulé par des fonctions 25 de Gabor défini par un triplet (Z, T0, FQ) est un système OFDM.Referring to [1], referenced in Appendix G, any system modulated by Gabor functions defined by a triplet (Z, T 0 , FQ) is an OFDM system.
- Dans la version à temps-discret, la notion de suréchantillonnage apparaît explicitement et l'on parle alors d'OFDM suréchantillonné. Toutefois un risque de confusion est toujours possible car le terme OFDM suréchantillonné est également utilisé pour des systèmes OFDM (ou CP-OFDM) où le signal modulé est obtenu pour N = M (avec éventuellement l'ajout d'un préfixe cyclique ou CP) et où l'opération de suréchantillonnage s'effectue sur le signal modulé ou sur le signal reçu. - In the time-discrete version, the notion of oversampling appears explicitly and this is referred to as oversampled OFDM. However a risk of confusion is still possible because the oversampled OFDM is also used for OFDM (or CP-OFDM) systems where the modulated signal is obtained for N = M (possibly with the addition of a cyclic prefix or CP) and where the operation oversampling is performed on the modulated signal or on the received signal.
3 ANNEXE C : Transmultiplexeur de l'OFDM suréchantillonné3 ANNEX C: Over-sampled OFDM Transmultiplexer
3.1 Rappels3.1 Reminders
Les équations (4) et (5) peuvent se réécrire en faisant apparaître un banc de filtres s de synthèse à M sous-bandes ayant un facteur d'expansion égal à N constitué des filtres Fm(z) de réponses impulsionnelles :
Figure imgf000024_0003
à condition d'imposer que φm,n — —jjm-nN, et en appliquant les entrées cmtTl au banc ainsi formé. On obtient alors
The equations (4) and (5) can be rewritten by revealing a bank of M synthesis filters sub-bands having an expansion factor equal to N consisting of the filters F m (z) of impulse responses:
Figure imgf000024_0003
provided that φ m , n - - jj m-nN, and applying the entries c mtTl to the bench thus formed. We then obtain
+oo M-I
Figure imgf000024_0001
+ oo MI
Figure imgf000024_0001
Considérons maintenant la démodulation. Elle est donnée par l'équation (7). Comme io on a posé φm<n = —jjmnN, la démodulation s'écritNow consider demodulation. It is given by equation (7). Since we have set φ m <n = - jj mnN, the demodulation is written
Figure imgf000024_0002
k oo
Figure imgf000024_0002
k oo
Pour gérer le délai de traitement D, on définit les entiers a et b, a > l et O < b < N — 1 par
Figure imgf000024_0004
To handle the processing delay D, we define the integers a and b, a> 1 and O <b <N - 1 by
Figure imgf000024_0004
Ainsi
Figure imgf000024_0005
D. En supposant que la famille {fm,n} constitue une base de l'espace qu'elle engendre, l'équation (10) se réécrit alors
Figure imgf000024_0006
is En rapprochant cette équation de la relation d'entrée sortie d'un banc d'analyse, on en conclut que la démodulation peut être effectuée avec un retard de a échantillons à l'aide d'un banc d'analyse à M sous-bandes, avec un facteur de décimation égal & N et constitué des filtres d'analyse Hm(z) de réponses impulsionnelles
Figure imgf000024_0007
à condition de poser h[k] = f*[D — k] et d'appliquer l'entrée s[k — b] au banc ainsi M constitué. Le modem OFDM/QAM à temps discret peut donc être réalisé à l'aide d'un transmultiplexeur ainsi que le décrit la figure 1. Les transmultiplexeurs de type OFDM suréchantillonnés ont été introduits dans [2], référencé en Annexe G, en tant que systèmes duaux des bancs de filtres suréchantillonnées. Dans le brevet [3], au nom du même Demandeur, les conditions de causalité, qui se traduisent par les paramètres a et b dans la figure 1, sont également introduites.
So
Figure imgf000024_0005
D. Assuming that the family {f m , n } is a basis of the space it generates, equation (10) is then rewritten
Figure imgf000024_0006
By bringing this equation closer to the input-output relationship of an analysis bank, it is concluded that the demodulation can be performed with a delay of a samples using an M-sub analysis bench. bands, with an equal decimation factor & N and consisting of analysis filters H m (z) of impulse responses
Figure imgf000024_0007
provided that h [k] = f * [D - k] and apply the input s [k - b] to the bank thus M constituted. The discrete time OFDM / QAM modem can therefore be realized using a transmultiplexer as described in FIG. 1. Over-sampled OFDM transmultiplexers were introduced in [2], referenced in Appendix G, as dual systems of oversampled filterbanks. In the patent [3], on behalf of the same Applicant, the causality conditions, which result in the parameters a and b in FIG. 1, are also introduced.
3.2 Schéma de réalisation efficace3.2 Efficient realization scheme
La réalisation directe du modem OFDM/QAM à l'aide du transmultiplexeur de la figure 1 serait très coûteuse en termes de calculs. En effet, à l'émission et à la réception, elle fait intervenir M filtres de longueur L. De plus, ces filtrages sont effectués à une cadence TV fois plus grande que la cadence d'émission des symboles C77^n, d'où l'idée d'employer un filtrage polyphasé pour réduire le coût opératoire du modem. Dans le brevet [3], il a été montré comment obtenir des schémas à base de transformation rapide pour du BFDM. Comme il s'agit d'un cas particulier, on redonne simplement ici les grandes lignes permettant d'aboutir à ce type de schéma.Direct realization of the OFDM / QAM modem using the transmultiplexer of Figure 1 would be very expensive in terms of calculations. Indeed, during transmission and reception, it involves M filters of length L. Moreover, these filterings are performed at a rate TV times greater than the transmission rate of the symbols C 77 n , d where the idea of using polyphase filtering to reduce the operating cost of the modem. In the patent [3], it has been shown how to obtain fast transformation based schemes for BFDM. As this is a special case, we simply give here the main lines to achieve this type of scheme.
On définit tout d'abord les entiers N0 et M0 par :
Figure imgf000025_0001
avec lcm le plus petit multiple commun.
We first define the integers N 0 and M 0 by:
Figure imgf000025_0001
with lcm the smallest common multiple.
On utilise aussi les décompositions polyphasés de type I des prototypes d'émission et de réception :Type I polyphase decompositions of transmission and reception prototypes are also used:
avec :with:
Figure imgf000025_0002
Figure imgf000025_0002
Après quelques calculs, on obtient ainsi les schémas du modulateur et du démodulateur illustrés dans les figures du brevet [3]. Plusieurs variantes ont alors été proposées utilisant soit FFT ou IFFT à l'émission et à la réception.After some calculations, we obtain the diagrams of the modulator and the demodulator illustrated in the figures of the patent [3]. Several variants were then proposed using either FFT or IFFT on transmission and reception.
Dans ces schémas, entrées et sorties sont notées dans le domaine transformé en z, tandis que II correspond à un bloc de permutation. 4 ANNEXE D : ReconstructionIn these diagrams, inputs and outputs are noted in the domain transformed into z, while II corresponds to a permutation block. 4 APPENDIX D: Reconstruction
4.1 Les conditions de reconstruction parfaite4.1 The perfect reconstruction conditions
Les conditions de reconstruction parfaite du système OFDM/QAM, ont été déjà démontrées dans le brevet [3] dans le cas BFDM. Ensuite sur la base d'un théorème dit de décomposition, elles ont été précisées pour le cas orthogonal dans [4]. Pour les exprimer, nous définissons tout d'abord l'expression
Figure imgf000026_0002
The conditions for perfect reconstruction of the OFDM / QAM system have already been demonstrated in the patent [3] in the BFDM case. Then on the basis of a so-called decomposition theorem, they have been specified for the orthogonal case in [4]. To express them, we first define the expression
Figure imgf000026_0002
Nous notons ensuite par Δ le PGCD ("Plus Grand Commun Diviseur") de N et deWe then denote by Δ the GCD ("Most Great Common Divisor") of N and
M, i.e N = AN0, M = AMo- Nous notons GιtP(z) = Gι&+P(z). Pour un filtre prototype deM, ie N = AN 0, M = AMo- We note Gι tp (z) = +& P (z). For a prototype filter of
B longueur L = mN0M = TnAN0Mo, nous pouvons alors montrer, par un théorème dit de décomposition [4], que les conditions de reconstruction parfaite se ramènent à Δ systèmes indépendants, tels queB length L = mN 0 M = TnAN 0 MB, we can then show, by a so-called decomposition theorem [4], that perfect reconstruction conditions can be reduced to Δ independent systems, such as
Figure imgf000026_0003
où = GιtP(z) et où T désigne le paraconjugué d'une expression en z, ce qui dans le cas d'une fonction polynomiale à coefficients réels se traduit par exemple par l'égalité
Figure imgf000026_0001
Figure imgf000026_0003
where Gι = tP (z) and where T denotes the paraconjugué an expression z, which in the case of a polynomial function with real coefficients is reflected for example by the equality
Figure imgf000026_0001
4.2 Les critères d'optimisation4.2 The optimization criteria
Le choix du critère d'optimisation des filtres prototypes dépend en général du type d'application envisagé. Dans le cas d'un système de transmission dans un canal statique comme celui de l'ADSL ("Asymmetric Digital Subscriber Line"), un choix usuel est des minimiser l'énergie hors-bande. Pour les canaux de type radio-mobile le modèle de modélisation correspond à un filtre variant dans le temps, le canal est alors dispersif en temps et fréquence. Dans ce cas, où la dimension temporelle et fréquentielle sont également importantes, le critère de localisation temps-fréquence est actuellement le critère de référence. C'est par exemple le cas dans [Ij, référencé en Annexe G.The choice of the optimization criterion of the prototype filters generally depends on the type of application envisaged. In the case of a transmission system in a static channel such as that of the ADSL ("Asymmetric Digital Subscriber Line"), a common choice is to minimize the out-of-band energy. For radio-mobile type channels, the model of modeling corresponds to a filter varying in time, the channel is then dispersive in time and frequency. In this case, where the temporal and frequency dimension are equally important, the time-frequency localization criterion is currently the reference criterion. This is for example the case in [Ij, referenced in Appendix G.
4.2.1 La localisation temps- fréquence4.2.1 Time-frequency localization
Pour un signal discret x, nous utilisons une mesure de localisation discrète, notée ξ telle que
Figure imgf000027_0002
où les quantités π^z) et Tt2(x) correspondent repectivement aux moments d'ordre 2 temporels et fréquentiels tels que les a défini Doroslovacki [5].
For a discrete signal x, we use a discrete localization measure, noted ξ such that
Figure imgf000027_0002
where the quantities π ^ z) and Tt 2 (x) correspond respectively to the moments of order 2 temporal and frequency as defined by Doroslovacki [5].
4.2.2 La minimisation de l'énergie hors-bande4.2.2 Minimizing out-of-band energy
Le second critère que nous considérons est celui de la minimisation de la norme pondé- rée de l'erreur, notée E(u), en fréquence. Pour une fonction de pondération, notée W(u), la fonction objectif s'écrit
Figure imgf000027_0001
The second criterion that we consider is that of the minimization of the weighted norm of the error, denoted E (u), in frequency. For a weighting function, denoted W (u), the objective function is written
Figure imgf000027_0001
Dans le cas présent nous choisissons une fonction de pondération constante dans chaque intervalle définissant les bandes, passe-bas et passe-haut, du filtre passe-bas prototype. Pour un filtre prototype p, dont la transformée de Fourier est P(v), la fonction à minimiser s'écrit alors
Figure imgf000027_0003
où a et p sont deux nombres réels compris entre 0 et 1, avec a le paramètre de pondération et p le facteur de retombée ("roll-off"), qui détermine en partie les limites des bandes passante, fp, et atténuée, /s. Ainsi pour un système comportant 2M porteuses (ou sous- bandes), nous avons
Figure imgf000027_0004
Comme l'effet de la contrainte de reconstruction parfaite favorise un bon comportement dans la bande passante, nous choisissons de prendre a = 1.
In this case we choose a constant weighting function in each interval defining the low-pass and low-pass bands of the prototype low-pass filter. For a prototype filter p, whose Fourier transform is P (v), the function to be minimized is then written
Figure imgf000027_0003
where a and p are two real numbers between 0 and 1, with a the weighting parameter and p the roll-off factor, which determines in part the limits of the bandwidths, f p , and attenuated, / s . So for a system with 2M carriers (or subbands), we have
Figure imgf000027_0004
Since the effect of the perfect reconstruction constraint promotes good bandwidth behavior, we choose to take a = 1.
5 ANNEXE E : Démonstrations5 APPENDIX E: Demonstrations
5.1 Principe de résolution5.1 Principle of resolution
Notons par P(z) le filtre à réponse impulsionnelle finie FIR appelé filtre prototype. Pour une modulation exponentielle, le banc d'analyse à N sous-bandes et à facteur de dé- s cimation M, représenté à la figure 2A, comprend N filtres d'analyse Ht(z), i = 0, . . . , N— 1 tels que
Figure imgf000028_0002
où ω est la racine iV-ième de l'unité, ω = e~^ , connectés à N décimateurs d'ordre M. Les composantes polyphasé d'ordre MiVo de P(z) sont notées par Vt(z), i = 0, . . . , MNQ
Figure imgf000028_0003
et pour i = 0, . . . , N — 1 les composantes polyphasé d'ordre M de Ht(z) sont notées HtJ(z)o avec
Figure imgf000028_0004
Note by P (z) the finite impulse response filter FIR called prototype filter. For exponential modulation, the N subband and decimation factor analysis array M, shown in FIG. 2A, comprises N analysis filters H t (z), i = 0,. . . , N-1 such as
Figure imgf000028_0002
where ω is the root iV-th of the unit, ω = e ~ ^, connected to N decimators of order M. The polyphase components of order MiVo of P (z) are denoted by V t (z), i = 0,. . . , MNQ
Figure imgf000028_0003
and for i = 0, . . , N - 1 the polyphase components of order M of H t (z) are denoted H tJ (z) o with
Figure imgf000028_0004
En utilisant les équations (26, (27), (28) et la relation MN0 = JVM0, nous en déduisons que
Figure imgf000028_0005
Using equations (26, (27), (28) and the relation MN 0 = JVM 0 , we deduce that
Figure imgf000028_0005
La matrice polyphasé du banc de filtres d'analyse est une matrice de taille N x M ayant pour éléments les Hυ(z). Comme le montre la figure 2B, pour un signal x(n), de5 transformée en z notée X(z), le traitement produit par le banc d'analyse correspond au produit matriciel H(z)X(z) où X(z) est une matrice colonne M x I telle queThe polyphase matrix of the analysis filter bank is a matrix of size N x M having the elements H υ (z). As shown in FIG. 2B, for a signal x (n), which is transformed into z denoted X (z), the processing produced by the analysis bench corresponds to the matrix product H (z) X (z) where X (z) ) is a column matrix M x I such that
Figure imgf000028_0001
Figure imgf000028_0001
Comme l'a déjà montré Rima Hleiss [2], la matrice H(z) sa factorise sous la forme
Figure imgf000028_0006
où FN est la matrice de Fourier de dimensions N x N et la matrice V(z) de dimensions N x M est le produit
As Rima Hleiss [2] has already shown, the matrix H (z) factors in the form
Figure imgf000028_0006
where F N is the Fourier matrix of dimensions N x N and the matrix V (z) of dimensions N x M is the product
V(z) (32)
Figure imgf000029_0001
où In désigne la matrice identité de taille n. La matrice des IN contient Mo exemplaires concaténés horizontalement et celle des IM contient N0 exemplaires concaténés verticalement. Le problème à résoudre est de déterminer les structures de réalisation les plus appropriées pour l'implémentation de la matrice H(z) dans le cas de la modulation exponentielle et pour différentes valeurs de M0, N0, Δ et m. Le principe de résolution se base sur des équivalences entre la paraunitarité de matrices polyphasé et la condition de reconstruction parfaite. La démonstration est donc liée à la mise en évidence de proprités spécifiques qui sont ensuite utilsées pour produire de nouveaux schémas de réalisation pour les bancs de filtres suréchantillonnés.
V (z) (32)
Figure imgf000029_0001
where I n denotes the identity matrix of size n. The matrix of I N contains Mo copies concatenated horizontally and that of IM contains N 0 vertically concatenated copies. The problem to be solved is to determine the most appropriate realization structures for the implementation of the matrix H (z) in the case of the exponential modulation and for different values of M 0 , N 0 , Δ and m. The principle of resolution is based on equivalences between the paraunitarity of polyphase matrices and the perfect reconstruction condition. The demonstration is therefore linked to the identification of specific properties which are then used to produce new implementation schemes for oversampled filter banks.
5.2 Matrices associées au filtre prototype pour Δ = 15.2 Matrices associated with the prototype filter for Δ = 1
Le problème de la reconstruction parfaite (RP) peut se ramener à Δ systèmes indépendants. On étudie plus particulièrement un système élémentaire dans le cas où Δ = 1. Soit M0 > 1, N0 > MQ et gcd(Mo, N0) = 1, pour chaque a tel que 0 < a < M0N0 — 1, nous pouvons déterminer par division euclidienne des entiers uniques k et p tels queThe problem of perfect reconstruction (RP) can be reduced to Δ independent systems. We study more particularly an elementary system in the case where Δ = 1. Let M 0 > 1, N 0 > MQ and gcd (Mo, N 0 ) = 1, for each a such that 0 <a <M 0 N 0 - 1, we can determine by Euclidean division unique integers k and p such that
ou encore
Figure imgf000029_0002
or
Figure imgf000029_0002
(avec gcd le "greatest common divisor" ou plus grand diviseur commun). Puisque Mo et N0 sont premiers entre eux, d'après le théorème de Bezout, il existe une unique paire d'entiers (u, v) telle que :
Figure imgf000029_0003
(with gcd the "greatest common divisor" or greater common divisor). Since Mo and N 0 are prime between them, according to Bezout's theorem, there exists a unique pair of integers (u, v) such that:
Figure imgf000029_0003
A nouveau par division euclidienne, il est également possible de montrer que étant donné k et / avec 0 < k < N0, 0 < I < M0, il existe des entiers uniques p(k, l), q(k, I) et a{k, I) tels queAgain by Euclidean division, it is also possible to show that given k and / with 0 <k <N 0 , 0 <I <M 0 , there exist unique integers p (k, l), q (k, I ) and a {k, I) such that
Figure imgf000029_0004
où rem(«, υ) correspond au reste de la division de u par v. Nous définissons également l'entier β(k, I) tel que
Figure imgf000030_0004
et l'entier a(k) tel que a(k) = 0 si Mo divise A; et 1 autrement. Nous pouvons de ce fait introduire un entier ε(k, I) tel que ε(k, I) = a(k) —β(k, I) prend s ses valeurs dans {0, 1}. Dans le cas où N0 = M0 + 1, cas particulier d'intérêt pratique important, on peut montrer que :
Figure imgf000030_0005
avec b un entier quelconque.
Figure imgf000029_0004
where rem (", υ) corresponds to the rest of the division of u by v. We also define the integer β (k, I) such that
Figure imgf000030_0004
and the integer a (k) such that a (k) = 0 if Mo divides A; and 1 otherwise. We can thus introduce an integer ε (k, I) such that ε (k, I) = a (k) -β (k, I) takes its values in {0, 1}. In the case where N 0 = M 0 + 1, a particular case of important practical interest, it can be shown that:
Figure imgf000030_0005
with b any integer.
Toutes ces notations nous permettent d'exprimer la décomposition polyphasé du prototype P(z), correspondant au cas où Δ = 1, de la manière suivante io Les paramètres M0, N0 sont tels que Mo < N0, gcd(M0, No) = 1, et le filtre prototype P(z) est supposé FIR. Nous notons par Pa(z), a = 0, . . . , M0Nc, — 1 les composantes polyphasé d'ordre M0AO de P(z), i.e.
Figure imgf000030_0006
All these notations allow us to express the polyphase decomposition of the prototype P (z), corresponding to the case where Δ = 1, as follows. The parameters M 0 , N 0 are such that Mo <N 0 , gcd (M 0 , No) = 1, and the prototype filter P (z) is assumed FIR. We denote by P a (z), a = 0,. . . , M 0 Nc, - 1 the polyphase components of order M 0 AO of P (z), ie
Figure imgf000030_0006
La matrice Vp(z) de taille N0 x M0 est définie par
Figure imgf000030_0001
et la matrice Up(z) de taille N0 x M0 est définie par
Figure imgf000030_0007
The matrix Vp (z) of size N 0 x M 0 is defined by
Figure imgf000030_0001
and the matrix Up (z) of size N 0 x M 0 is defined by
Figure imgf000030_0007
X5 On note par T1(^) la matrice diagonale carrée de taille N0 dont le (k+ l)-ième élément est z-i(kfi)+a(k)N 0 ^ Q < k < N0 et par T2(z) la matrice diagonale carrée de taille M0 avec pour (Z+l)-ième élément
Figure imgf000030_0002
0 < I < M0. A partir de la relation (39) et de la définition de la fonction ε(k, l), on peut montrer que
Figure imgf000030_0003
X5 We denote by T 1 (^) the square diagonal matrix of size N 0 whose (k + l) -th element is z - i ( kf ) + a (k) N 0 ^ Q <k <N 0 and by T 2 (z) the square diagonal matrix of size M 0 with for (Z + 1) -th element
Figure imgf000030_0002
0 <I <M 0 . From the relation (39) and the definition of the function ε (k, l), we can show that
Figure imgf000030_0003
5.3 Structure de réalisation utilisant la décomposition5.3 Implementation structure using decomposition
M Dans le cas général Δ > 1 et le filtre prototype va s'écrire sous la forme
Figure imgf000030_0008
avec pour tout i = 0, . . . , Δ — 1,
M In the general case Δ> 1 and the prototype filter will be written in the form
Figure imgf000030_0008
with for all i = 0,. . . , Δ - 1,
Figure imgf000031_0004
Figure imgf000031_0004
La relation (44) peut se généraliser de la manière qui suit
Figure imgf000031_0001
The relation (44) can be generalized as follows
Figure imgf000031_0001
De manière à rendre contigues les lignes et les colonnes de V(z) dont les indices ont même reste dans la division euclidienne par Δ, on introduit la permutation σ/v sur l'ensemble {0, . . . , N — 1} définie par
Figure imgf000031_0005
et la permutation σu sur l'ensemble {0, . . . , M — 1} définie par
Figure imgf000031_0006
In order to make the lines and columns of V (z), the indices of which even remain in the Euclidean division by Δ, contiguous, we introduce the permutation σ / v on the set {0,. . . , N - 1} defined by
Figure imgf000031_0005
and the permutation σu on the set {0,. . . , M - 1} defined by
Figure imgf000031_0006
On note alors P la matrice de permutation de dimension N correspondant à σ^ définie par
Figure imgf000031_0007
We then denote P the permutation matrix of dimension N corresponding to σ ^ defined by
Figure imgf000031_0007
Puisque N = ANo, la matrice de Fourier FN admet une décomposition tenant compte de la nature composite de TV.Since N = ANo, the Fourier matrix F N admits a decomposition taking into account the composite nature of TV.
Figure imgf000031_0002
où la matrice diagonale de blocs FNo en contient Δ, celle de blocs FA en contient NQ et D est la matrice diagonale dont l'élément de ligne et colonne i + 1 est ωqr si i = qA + r. La figure 2B produit alors le schéma représenté à la figure 3 où chacune des composantes Δ-polyphase du filtre prototype P(z) intervient dans ce diagramme pour définir un banc modulé à iV0 sous-bandes avec un facteur de décimation égal à Mo- A noter que dans ce schéma :
Figure imgf000031_0002
where the diagonal matrix of blocks F No contains Δ, that of blocks FA contains NQ and D is the diagonal matrix whose line element and column i + 1 is ω qr if i = qA + r. FIG. 2B then produces the diagram represented in FIG. 3, where each of the Δ-polyphase components of the prototype filter P (z) intervenes in this diagram to define a modulated sub-band at iV 0 with a decimation factor equal to Note that in this diagram:
~ La matrice P est notée II ;~ The matrix P is denoted II;
- L'impact de la dernière matrice P dans l'expression (51) est prise implicitement en compte dans le ré-ordonnancement des blocs matriciels
Figure imgf000031_0003
De la manière on peut déduire le banc de synthèse représenté à la figure 4. 5.4 Quelques caractéristiques des solutions obtenues
- The impact of the last matrix P in the expression (51) is implicitly taken into account in the re-ordering of the matrix blocks
Figure imgf000031_0003
As can be deduced the synthesis bench shown in Figure 4. 5.4 Some characteristics of the solutions obtained
Dans toute cette étude, on considère des filtres réels à réponse impulsionnelle finie (FIR), c'est-à-dire les polynômes réels en la variable z .Throughout this study, we consider real filters with finite impulse response (FIR), that is to say the real polynomials in the variable z ~ ι .
Si A(z) est un matrice à N lignes et M colonnes dont les éléments sont des filtres, on 5 note Â(z) la matrice à M lignes et N colonnes dont les éléments sont donnés par
Figure imgf000032_0001
If A (z) is a matrix with N rows and M columns whose elements are filters, we write  (z) the matrix with M rows and N columns whose elements are given by
Figure imgf000032_0001
Une matrice paraunitaire est une matrice A(z), avec M < N, vérifiant
Figure imgf000032_0002
où IM est la matrice unité de dimension M.
A paraunitary matrix is a matrix A (z), with M <N, satisfying
Figure imgf000032_0002
where IM is the unit matrix of dimension M.
La théorie des bancs de filtres modulés suréchantillonnés à reconstruction parfaite et celle des transmultiplexeurs OFDM/QAM suréchantillonnés possédant la propriété de io reconstruction parfaite conduisent toutes deux à l'utilisation de matrices paraunitaires avec M et N premiers entre eux. Le théorème de décomposition est le résultat de base dans cette réduction.The theory of the super-enhanced oversampled modulated filter banks and the oversampled OFDM / QAM transmultiplexers having the perfect reconstruction property both lead to the use of paraunitary matrices with M and N prime between them. The decomposition theorem is the basic result in this reduction.
Lorsqu'il s'agit d'utiliser des matrices paraunitaires et par exemple de faire une optimisation sur l'ensemble de ces matrices, on peut choisir de représenter ces matrices par leursWhen it comes to using paraunitary matrices and for example to make an optimization on all these matrices, we can choose to represent these matrices by their
15 coefficients. Mais on doit dans ce cas imposer aux coefficients de vérifier les contraintes résultant de l'équation matricielle (53). Il est préférable d'utiliser une représentation paramétrique de l'ensemble des matrices paraunitaires à l'aide d'un ensemble de paramètres indépendants, représentation qui implique automatiquement que l'équation(53) est vérifiée. Par exemple, une matrice paraunitaire constante avec M = N est simplement15 coefficients. But we must in this case force the coefficients to check the constraints resulting from the matrix equation (53). It is best to use a parametric representation of all paraunit matrices using a set of independent parameters, a representation that automatically implies that equation (53) is true. For example, a constant paraunitary matrix with M = N is simply
2o une matrice orthogonale et l'on sait bien représenter ces matrices à l'aide de M(M — l)/2 angles et d'un paramètre discret qui est le signe du déterminant (généralisation des angles d'Euler).2o an orthogonal matrix and it is well known to represent these matrices using M (M-1) / 2 angles and a discrete parameter which is the sign of the determinant (generalization of Euler angles).
La référence [4] donne un ensemble de représentations paramétriques de la classe particulière de matrices paraunitaires qui intervient pour les transmultiplexeurs modulésReference [4] gives a set of parametric representations of the particular class of paraunitary matrices that occurs for modulated transmultiplexers
2s OFDM/QAM à reconstruction parfaite. Cette méthode repose sur une analyse du système d'équations algébriques obtenu à partir de l'équation (53).2s OFDM / QAM with perfect reconstruction. This method is based on an analysis of the system of algebraic equations obtained from equation (53).
5.5 Reconstruction parfaite sous forme matricielle5.5 Perfect reconstruction in matrix form
Par rapport à [4] la réécriture des équations de reconstruction parfaite (RP) avec des équivalences sous forme matricielle est un élément important dans l'élaboration des M solutions décrites par la suite.Compared to [4] the rewriting of perfect reconstruction equations (RP) with equivalences in matrix form is an important element in the development of the M solutions described later.
Pour un filtre prototype P(z) donné, les conditions suivantes sont équivalentes : (a) La matrice V[z) est paraunitaire.For a given prototype filter P (z), the following conditions are equivalent: (a) The matrix V [z) is paraunitary.
(b) Les matrices V^ (z) sont paraunitaires pour i = 0, . . . , Δ — 1.(b) The matrices V ^ (z) are paraunitary for i = 0,. . . , Δ - 1.
(c) Les matrices
Figure imgf000033_0001
sont paraunitaires pour i = 0, . . . , Δ — 1.
(c) The matrices
Figure imgf000033_0001
are paraunitary for i = 0,. . . , Δ - 1.
(d) Les relations suivantes sont vérifiées par les composantes MiV0-polyphases V1 (z) s du filtre P(z)(d) The following relations are verified by the components MiV 0 -polyphases V 1 (z) s of the filter P (z)
d\M0
Figure imgf000033_0002
d \ M 0
Figure imgf000033_0002
1 = 0, . . . , M0 - I, A = 1, . . . , M0 (54) avec nιt\ =
Figure imgf000033_0009
et où dmn est le symbole de congraence.
1 = 0,. . . , M 0 - I, A = 1,. . . , M 0 (54) with n \ t \ =
Figure imgf000033_0009
and where d mn is the symbol of congraence.
A noter dans ces équivalences que les matrices
Figure imgf000033_0003
se déduisent des relations (42) et (43) décrites dans le cas Δ = 1 et que dans le cas général ces matrices sont liées par la relation (47) . Aussi différemennt de [3, 4] les symboles U et V sont utiliséso au lieu de K et G pour noter les composantes polyphasés ce qui explique la différence entre (54) et (21).
Note in these equivalences that the matrices
Figure imgf000033_0003
are deduced from the relations (42) and (43) described in the case Δ = 1 and that in the general case these matrices are linked by the relation (47). Also differing from [3, 4] the symbols U and V are used instead of K and G to record the polyphase components which explains the difference between (54) and (21).
5.6 Symétrie et filtre prototype à phase linéaire5.6 Symmetry and Linear Phase Prototype Filter
Rappelons que les composantes MΛO-polyphases du filtre prototype sont de degré m — 1 avec m > 1. Le filtre P[z) est alors de longueur L = MoNoAm et de degré L - I5 en z'1.Recall that the MΛO-polyphase components of the prototype filter are of degree m - 1 with m> 1. The filter P [z) is then of length L = MoNoAm and of degree L - I5 in z '1 .
Le symétrique du filtre prototype P{z) pour les paramères (Mo, N0, Δ, m) est noté par définition σχ,(P)(z). Ses composantes polyphasé d'ordre MN0, notées Wt{z), i = 0, . . . , MN0 — 1, sont reliées aux composantes polyphasé Vt(z) d'ordre MΛO-polyphase de P(z) par les équations
Figure imgf000033_0004
De la même façon, les composantes Δ-polyphase Q1[Z), i — 0, . . . , Δ — 1 de σι[P)[z) sont données par
Figure imgf000033_0006
où les Pt[z), i = 0, . . . , Δ — 1 sont les composantes Δ-polyphase de P[z).
The symmetry of the prototype filter P {z) for the parameters (Mo, N 0 , Δ, m) is denoted by definition σχ, (P) (z). Its polyphase components of order MN 0 , denoted W t {z), i = 0,. . . , MN 0 - 1, are connected to polyphase components V t (z) of MΛO-polyphase order of P (z) by the equations
Figure imgf000033_0004
In the same way, the components Δ-polyphase Q 1 [Z), i - 0,. . . , Δ - 1 of σι [P) [z) are given by
Figure imgf000033_0006
where P t [z), i = 0,. . . , Δ - 1 are the Δ-polyphase components of P [z).
Pour n > 0, nous introduisons Jn comme étant la matrice nxn définie par
Figure imgf000033_0005
= 1, k = 1, . . . , n et 0 ailleurs. On peut alors montrer que les matrices sont reliées par l'équation
Figure imgf000033_0007
Figure imgf000033_0008
On peut mettre en évidence une relation similaire entre les matrices
Figure imgf000034_0004
i = 0, . . . , Δ — 1, mais ceci nécessite l'introduction de deux nouvelles matrices diagonales.
For n> 0, we introduce J n as the nxn matrix defined by
Figure imgf000033_0005
= 1, k = 1,. . . , n and 0 elsewhere. We can then show that the matrices are connected by the equation
Figure imgf000033_0007
Figure imgf000033_0008
We can highlight a similar relationship between matrices
Figure imgf000034_0004
i = 0,. . . , Δ - 1, but this requires the introduction of two new diagonal matrices.
On définit ainsi T$(z) comme la matrice diagonale carrée de taille NQ avec pour (A;+ 1)- ième élément z (β(*,o)(JVb-i-fc,o)+«)/iVb-α(*)-β(Λb-i-fc) ) g^ que \a matrice T4 (z), également 5 diagonale carrée, mais de taille M0 avec pour (7+l)-ième élément z (Φ,i)+q(p,Mo-i-i)+i-u)/N Q ) ^ We define T $ (z) as the square diagonal matrix of size NQ with (A; + 1) - th element z ( β ( *, o ) + " (JV b- i - fc , o ) + " ) / α iV b- (*) - β (Λ b i - f c)) g ^ that \ a I t r ice T 4 (z), also 5 square diagonal but with size M 0 to (7 + l) -th element z i) + q (p, o M i - i) + i - u) / N Q) ^
Les matrices sont reliées par l'équation :
Figure imgf000034_0005
Figure imgf000034_0001
JM0 T4(Z). (58)
The matrices are connected by the equation:
Figure imgf000034_0005
Figure imgf000034_0001
JM 0 T 4 (Z). (58)
Des résultats précédents (57), (58), ainsi que du théorème de décomposition (cf. Annexe, section IV.1), on peut déduire qu'un filtre prototype P(z) a la propriété PR pour les paramètres (Mo, NQ, Δ, m) si et seulement si le filtre prototype symétrique σ^_i(P)(z) io a la même propriété.From previous results (57), (58), as well as from the decomposition theorem (see Appendix, section IV.1), we can deduce that a prototype filter P (z) has the property PR for the parameters (Mo, NQ, Δ, m) if and only if the symmetric prototype filter σ ^ _i (P) (z) io has the same property.
Quand Δ est pair, les mêmes arguments permettent de construire un filtre prototype symétrique, i.e. P(z) = <7£_i(P)(z), en choisissant les premières Δ/2 composantes Δ- polyphase telles que Pt(z), i = 0, . . . , j — 1 avec la propriété PR et enfin d'obtenir les composantes polyphasés restantes par
Figure imgf000034_0006
When Δ is even, the same arguments make it possible to construct a symmetric prototype filter, ie P (z) = <7 £ i (P) (z), by choosing the first Δ / 2 components Δ-polyphase such that P t (z ), i = 0,. . . , j - 1 with the PR property and finally obtain the remaining polyphase components by
Figure imgf000034_0006
« 5.7 Paramétrisation angulaire et notion de solution 5.7.1 Les rotations élémentaires"5.7 Angular parameterization and solution concept 5.7.1 Elementary rotations
Pour N > 2 et l < i, j < N, i φ j, on appelle rotation élémentaire de coordonnées i, j et d'angle θ, la rotation de HN dont la matrice R = Rι,j(θ) est donnée parFor N> 2 and l <i, j <N, i φ j, we call elementary rotation of coordinates i, j and of angle θ, the rotation of H N whose matrix R = R ι , j (θ) is given by
Figure imgf000034_0002
Figure imgf000034_0002
L'ensemble des rotations [R1^(O), θ € R} est noté R1^.The set of rotations [R 1 ^ (O), θ € R} is denoted R 1 ^.
20 Cette notation est étendue au produit de rotations élémentaires en convenant que les angles qui apparaissent dans les diverses rotations sont des paramètres indépendants. Ainsi par exemple
Figure imgf000034_0003
This notation is extended to the product of elementary rotations by agreeing that the angles that appear in the various rotations are independent parameters. For example
Figure imgf000034_0003
Le groupe des rotations directes dans R^ est désigné par SON (R) : ses éléments correspondent aux matrices réelles R de dimension TV vérifiant RRT = I^ et det(ft) ≈ 1. Dans R3, la représentation d'une rotation directe à l'aide des angles d'Euler correspond à l'identité
Figure imgf000035_0001
The group of direct rotations in R ^ is designated by SON (R): its elements correspond to real matrices R of TV dimension satisfying RR T = I ^ and det (ft) ≈ 1. In R 3 , the representation of a direct rotation using Euler angles corresponds to the identity
Figure imgf000035_0001
Cette factorisation multiplicative d'une rotation de H3 à l'aide de rotations élémentaires se généralise à R
Figure imgf000035_0002
s ce qui permet d'exprimer toute rotation directe de ΕlN comme produit de 2 ~ ' rotations élémentaires.
This multiplicative factorization of a rotation of H 3 by means of elementary rotations is generalized to R
Figure imgf000035_0002
This makes it possible to express any direct rotation of Nl N as a product of 2 ~ 'elementary rotations.
Dans toute la suite, on utilisera la notation Rιlt...ttk avec k < N pour désigner dans SO JV (R) le sous-groupe des rotations qui laissent invariantes les j'-ème coordonnées avec
Figure imgf000035_0003
o Un produit de rotations élémentaires peut parfois être simplifié. Par exemple le produit -Ri,2-R2,3-Ri,2-Ri,3 est égal à -Ri ,2^2,3 -Ri, 2 puisque ce dernier produit représente, à l'aide des angles d'Euler une rotation directe quelconque de R3.
In the following we use the notation R ιlt ... TTK with k <N for designating in SO JV (R) the subgroup of rotations which leave invariant j '-th coordinates with
Figure imgf000035_0003
o A product of elementary rotations can sometimes be simplified. For example, the product -R 1, R 2, R 2, R 2, R 2, 3 is equal to R 1, R 2, R 2, R 2, since the latter product represents, using Euler angles. any direct rotation of R 3 .
Pour N = 2, le résultat est trivial grâce à l'identité
Figure imgf000035_0004
For N = 2, the result is trivial thanks to the identity
Figure imgf000035_0004
Pour N = 3, le représentation par les angles d'Euler est généralisée par le résultat5 suivant. On aFor N = 3, the representation by Euler angles is generalized by the following result5. We have
Figure imgf000035_0005
Figure imgf000035_0005
5.7.2 Les décalages5.7.2 Offsets
Soit N > 2, I un sous-ensemble d'indices compris entre 1 et TV et Zi la matrice0 diagonale de dimension N dont les éléments diagonaux sont donnés par [2T/]J,J = z si i £ / et 0 sinon. Si A(z) est une matrice paraunitaire à N lignes et M colonnes avecLet N> 2, I be a subset of indices between 1 and TV and Zi be the diagonal matrix0 of dimension N whose diagonal elements are given by [2T / ] J , J = z ~ ι if i £ / and 0 if not. If A (z) is a paraunitary matrix with N rows and M columns with
M < N, alors ZjA(z) également. On note Zj la transformation définie par la matriceM <N, then ZjA (z) also. We denote Zj the transformation defined by the matrix
Zi, que l'on appelle un décalage.Zi, which is called a shift.
5.7.3 Définitions Soit M0 et NQ avec Mo < No, M0 et No premiers entre eux. On note UMO,NO l'ensemble des matrices paraunitaires à N0 lignes et Mo colonnes. ^M0,N0,m avec m > 0 désigne le sous-ensemble de UMO,NO des matrices dont les éléments sont de degré en z~x inférieur ou égal à m. En particulier UMO,NO,O est l'ensemble des matrices paraunitaires de dimension JV0 x Mo constantes.5.7.3 Definitions Let M 0 and NQ with Mo <No, M 0 and No first between them. We denote by UM O , N O the set of paraunitary matrices at N 0 rows and Mo columns. ^ M0 , N 0 , m with m> 0 denotes the subset of UM O , N O matrices whose elements are of degree in z ~ x less than or equal to m. In particular UM O , N O , O is the set of paraunitary matrices of dimension JV 0 x Mo constants.
Une matrice A(z) de UM0,N0,m peut se représenter comme polynôme en z à coefficients matriciels constants :
Figure imgf000036_0001
A matrix A (z) of U M0 , N 0 , m can be represented as a polynomial in z ~ ι with constant matrix coefficients:
Figure imgf000036_0001
Les matrices de UM0,N0,m vérifiant la propriété suivante : pour 0 < k < N0 — 1 etThe matrices of U M0 , N 0 , m satisfying the following property: for 0 <k <N 0 - 1 and
0 < / < M0 - 1, si a(k, M0) - ε(k, l) = 1 alors [A0]fc+1)(+i = 0, sinon [A]m]k+lti+1 = 0 forment un sous-ensemble noté SM0,N0,m- Ces matrices paraunitaires ont la forme des matrices U^' (z) considérées dans le paragraphe 5.2.0 </ <M 0 - 1, if a (k, M 0 ) - ε (k, l) = 1 then [A 0 ] f c +1) (+ i = 0, otherwise [A] m ] k + lti + 1 = 0 form a subset denoted S M0 , N0 , m - These paraunitary matrices have the form of matrices U ^ '(z) considered in section 5.2.
Une matrice de UMO,NO constante dont les éléments sont dans l'ensemble {0, 1, —1} est dite élémentaire. Une telle matrice possède nécessairement Mo valeurs non nulles, égales à 1 ou -1, de telle façon que deux éléments non nuls ne soient ni sur la même colonne ni sur la même ligne. Notation.- Une matrice élémentaire U ne contenant que des 0 ou des 1 possède un élément égal à 1 dans chaque colonne, sans avoir deux éléments égaux à 1 sur la même ligne. Pour la colonne I avec 1 < / < Mo, on note k{l) l'indice de ligne compris entreA matrix of UM O , N O constant whose elements are in the set {0, 1, -1} is said elementary. Such a matrix necessarily has Mo non-zero values, equal to 1 or -1, so that two non-zero elements are neither on the same column nor on the same line. Notation.- An elementary matrix U containing only 0s or 1s has an element equal to 1 in each column, without having two elements equal to 1 on the same line. For column I with 1 </ <Mo, we denote by k {l) the line index between
1 et N0 tel que Uk(I)1I = 1. On convient alors de noter U sous la forme plus compacte U0[Ar(O) k(l) . . . AT(M0 — 1)]. Par exemple la matrice1 and N 0 such that U k (I) 1I = 1. It is then appropriate to note U in the more compact form U 0 [Ar (O) k (1). . . AT (M 0 - 1)]. For example the matrix
Figure imgf000036_0002
est notée U0[A 3 2 5], le nombre de lignes de cette matrice étant fixé par le contexte.
Figure imgf000036_0002
is denoted U 0 [A 3 2 5], the number of rows of this matrix being set by the context.
Une solution S de SM0,N0,m est un sous-ensemble de la forme S = TiT2 . . . TkU0A solution S of S M0 , N0 , m is a subset of the form S = TiT 2 . . . T k U 0 where
T, pour i — 1, . . . , k est soit un décalage Zi avec / G {1, . . . , No}, soit un ensemble de rotations élémentaires de la forme R1J avec 1 < i,j < N0 , ι φ j. Un élément de S est fonction de n paramètres angulaires indépendants où n est le nombre de rotations élémentaires dans la suite Ti, . . . , T^.T, for i - 1,. . . k is either an offset Zi with / G {1,. . . , No}, or a set of elementary rotations of the form R 1J with 1 <i, j <N 0 , ι φ j. An element of S is a function of n independent angular parameters where n is the number of elementary rotations in the sequence Ti,. . . , T ^.
Deux solutions S = T1T2 . . . TkU0 et S' ≈ T[Tl1 . . . Tk',U'o sont équivalentes si S = S' de façon ensembliste. On dit que S est une solution injective s'il n'existe pas de solu- tion équivalente avec un nombre strictement inférieur de rotations dans la suite de ses transformations. La notion de dimension qui sera introduite ultérieurement permet d'établir qu'une solution est injective si son nombre de paramètres angulaires est égal à sa dimension.Two solutions S = T 1 T 2 . . . T k U 0 and S '≈ T [Tl 1 . . . T k ', U' o are equivalent if S = S 'setwise. S is said to be an injective solution if there is no solution equivalent with a strictly lower number of rotations in the course of its transformations. The notion of dimension that will be introduced later makes it possible to establish that a solution is injective if its number of angular parameters is equal to its dimension.
5.7.4 Solutions symétriques5.7.4 Symmetrical solutions
Avec la définition du paragraphe précédent, on dit qu'une solution S est symétrique si φm(S) = S.With the definition of the preceding paragraph, we say that a solution S is symmetrical if φ m (S) = S.
Pour MQ > 2 et iV0 = Mo -+- 1, si No et m sont impairs, il n'existe aucune solution symétrique.For MQ> 2 and iV 0 = Mo - + - 1, if No and m are odd, there is no symmetric solution.
5.8 Description générale de l'ensemble des familles de solutions 5.8.1 Algorithme général de résolution5.8 General description of all solution families 5.8.1 General resolution algorithm
Pour Mo, N0, m fixé, nous donnons un algorithme général permettant d'exprimer l'ensemble SM0,N0,m sous forme de l'union d'un ensemble de solutions, chaque solution étant un ensemble de matrices paraunitaires obtenues comme produit par une suite de rotations et de décalage d'une matrice paraunitaire élémentaire.For Mo, N 0 , m fixed, we give a general algorithm allowing to express the set S M0 , N0 , m in the form of the union of a set of solutions, each solution being a set of paraunitary matrices obtained as produced by a sequence of rotations and shifts of an elementary paraunitary matrix.
Définition des motifs, encore appelés "patterns" :Definition of patterns, also called "patterns":
L'ensemble SMO,NO,TTI est constitué des matrices paraunitaires A(z) de dimensions TVo x M0
Figure imgf000037_0001
où les matrices constantes Ao et Am de dimensions No x Mo possèdent des éléments nuls préassignés : ) )
Figure imgf000037_0002
pour 0 < k < N0 - 1, 0 < I < M0 - 1.
The set S MO , NO , TTI consists of paraunitary matrices A (z) of dimensions TVo x M 0
Figure imgf000037_0001
where the constant matrices Ao and A m of dimensions No x Mo have preassigned null elements:))
Figure imgf000037_0002
for 0 <k <N 0 - 1, 0 <I <M 0 - 1.
On introduit alors la notion plus générale de motifs ou pattern qui correspond à l'ensemble des matrices paraunitaires de la forme (69) pour lesquelles les matrices AQ et Am possèdent des éléments nuls préassignés. Soit A un sous-ensemble de S = [1, . . . , N0] x [1, . . . , Mo]. Nous notons par M. A l'ensemble des matrices réelles M de dimensions No x Λ/o telles que Mτj — 0 for (ι,j) $. A. A tout sous-ensemble A of S est associé un tableau de dimensions No X MO, noté A, dont les éléments sont dans {0, x } tel que A%J = x si (i, j) G S et 0 ailleurs.We then introduce the more general notion of patterns or pattern that corresponds to the set of paraunitary matrices of the form (69) for which the matrices AQ and A m have preassigned null elements. Let A be a subset of S = [1,. . . , N 0 ] x [1,. . . , Mo]. We denote by M. A the set of real matrices M of dimensions No x Λ / o such that M τj - 0 for (ι, j) $. AT. To every subset A of S is associated an array of dimensions No XM O , denoted A, whose elements are in {0, x} such that A % J = x if (i, j) GS and 0 elsewhere.
La même notation A est utilisée pour l'ensemble UMa,N0,m H MA qui est appelé un pattern orthogonal, c'est-à-dire l'ensemble des matrices orthogonales No χ M> avec des zéros préassignés pour les indices dans S \ A.The same notation A is used for the set U Ma , N0 , m HM A which is called an orthogonal pattern, that is to say the set of orthogonal matrices No χ M> with pre-assigned zeros for the indices in HER.
Pour A et 5 ^ 0 deux sous-ensembles de 5, nous désignons par i ooo β le sous- ensemble des matrices M dans UMO,NO telles que Mo € Λ^A et Mm € MB OÙ m est le degré de M avec m > 0.For A and 5 ^ 0 two subsets of 5, we denote by i ooo β the subset of matrices M in U MO , NO such that Mo € Λ ^ A and M m € M B where m is the degree of M with m> 0.
Par convention A ooo 0 ≡ A ooo S_.By convention A ooo 0 ≡ A ooo S_.
Le sous-ensemble des matrices paraunitaires de degré m dans AoooB_ est noté AooomB_ et de façon cohérente avec la précédente convention A ooom φ ≡ A ooom_1 5.The subset of paraunitary matrices of degree m in AoooB_ is denoted Aooo m B_ and consistent with the previous convention A ooo m φ ≡ A ooo m _ 1 5.
Les ensembles A ooom H et i ooo β sont appelés des patterns paraunitaires.The sets A ooo m H and i ooo β are called paraunitary patterns.
Pour M0 > 2, N0 > M0, gcd(M0, No) = 1, définissons
Figure imgf000038_0001
alors
Figure imgf000038_0002
d'après les équations (70) at (71) et
Figure imgf000038_0003
est l'ensemble des matrices paraunitaires à renconstruction parfaite.
For M 0 > 2, N 0 > M 0 , gcd (M 0 , No) = 1, let us define
Figure imgf000038_0001
so
Figure imgf000038_0002
according to equations (70) at (71) and
Figure imgf000038_0003
is the set of paraunitary matrices with perfect construction.
Exemple.- Pour MQ = 4, No = 5 et avec la notation utilisant des tableauxExample.- For MQ = 4, No = 5 and with notation using tables
Figure imgf000038_0004
Figure imgf000038_0004
II est immédiat de vérifier que si A\ C A2 and B\ C B2 alors A1 000 H1 c A2 000 H2.It is straightforward to verify that if A \ CA 2 and B \ CB 2 then 1 000 H 1 c A 2000 H 2.
Action des rotations sur les patterns : Soit Rι,j(θ) une rotation d'angle quelconque θ comme définie au paragraphe 5.7.1 et A un pattern orthogonal. Alors puisque la rotation agit sur les lignes i et j, si M € A 000 H l'élément constant de ligne 1 ou j et de colonne /, ! < / < M0 de la matrice R1^(O)M est non nul si (i,j) G A ou (j, I) G A. En notant  l'ensemble des (k, I) tels que (k, I) € A si k φ i et k φ j ou k = i ou k = j avec (i, k) G A ou (j, k) G A, on a donc avec la notation ensembliste pour la rotation Rt j A C A.Action of the rotations on the patterns: Let R ι , j (θ) be a rotation of any angle θ as defined in paragraph 5.7.1 and A an orthogonal pattern. Then since the rotation acts on lines i and j, if M € A 000 H the constant element of line 1 or j and column /,! </ <M 0 of the matrix R 1 ^ (O) M is not zero if (i, j) GA or (j, I) G A. By noting  the set of (k, I) such that (k, I) € A if k φ i and k φ j or k = i or k = j with (i, k) GA or (j, k) GA, we thus have the set notation for the rotation R tj AC A.
De la même façon on définit l'action d'une rotation R13 sur un pattern paraunitaire s A 000 B et l'on établit que R1^A 000 B c i 000 B_.In the same way we define the action of a rotation R 13 on a paraunitary pattern s A 000 B and we establish that R 1 ^ A 000 B ci 000 B_.
Remarquons que les lignes i et j des patterns obtenus après action d'une rotation R13 sont identiques.It should be noted that the lines i and j of the patterns obtained after the action of a rotation R 13 are identical.
Inversement, on dit qu'un pattern paraunitaire A 000 B est piυotable ("rotatable") s'il existe deux indices i et j, i φ j tels que les deux lignes i et j du pattern sont identiques 10 avec au moins un élément non nul (i, k) G A et un élément non nul (i, I) G B. Dans ce cas, il existe deux possibilités. Si les colonnes A; de A et I de H ont les seuls éléments communs de lignes i et j non nuls, on pose A' = A — {(j, k)}, B' = B — {(i, l)}, et sinon A' = A, B' ≈ B - {(i, l)}.Conversely, we say that a parity pattern A 000 B is rotatable if there are two indices i and j, i φ j such that the two lines i and j of the pattern are identical with at least one element non-zero (i, k) GA and a non-zero element (i, I) G B. In this case, there are two possibilities. If the columns A; of A and I of H have the only common elements of lines i and j non-zero, we put A '= A - {(j, k)}, B' = B - {(i, l)}, and if A '= A, B' ≈ B - {(i, l)}.
On a alors A ooo B_ = R,i3A' 000 B'. xδ De même on dit qu'un pattern orthogonal A est pivotable i et j, i φ j tels que les deux lignes i et j du pattern sont identiques avec au moins deux éléments non nul (i, k) et (i, I) dans A. Dans ce cas, on distingue deux cas. Si les colonnes k et I de A ont les seuls éléments de lignes i et j non nuls communs, on pose A' = A — {(j, k), (i, l)}, et sinon A' = A - {(i, l)}.We then have A ooo B_ = R, i3 A '000 B'. xδ Similarly, we say that an orthogonal pattern A is pivotable i and j, i φ j such that the two lines i and j of the pattern are identical with at least two non-zero elements (i, k) and (i, I) in A. In this case, we distinguish two cases. If the columns k and I of A have the only elements of lines i and j not common, we put A '= A - {(j, k), (i, l)}, and if A' = A - { (he)}.
20 On a alors A = R1 3A'.We then have A = R 1 3 A '.
Action des décalages sur les patterns :Offset action on patterns:
Soit I un sous-ensemble non vide d'indices compris entre 1 et N0 et Z1 le décalage défini dans le paragraphe 5.7.2. Si M G Aooom_1B_ est un pattern paraunitaire avec m > 1, alors Z1M G À ooom £? où les ensembles  et B sont définis par ^4 = {(i, k), (i, k) G A, k g /}, 25 B = {(i, k), (i, k) E B, k e I}.Let I be a non-empty subset of indices between 1 and N 0 and Z 1 the offset defined in section 5.7.2. If MG AOOO m _ B_ 1 is a pattern paraunitaire m> 1, then Z 1 MG TO ooo m £? where the sets A and B are defined by ^ 4 = {(i, k), (i, k) GA, kg /} 25 B = {(i, k), (i, k) EB, ke I} .
De la même façon, pour un pattern orthogonal, on a ZiA C i o o o0 β où i =In the same way, for an orthogonal pattern, we have ZiA C iooo 0 β where i =
{(t, k), (z, k) e A, k ^ i}, É = {(1, k), (i, k) e Ay k e i}.{(t, k), (z, k) e A, k ^ i}, E = {(1, k), (i, k) e A y kei}.
Inversement, on dit qu'un pattern paraunitaire A ooo B_ est réductible en degré si pour tout indice i compris entre 1 et N0 la ligne i de A a tous ses éléments nuls, ou bien la ligne 30 i de B_. On note / l'ensemble des indices pour lesquelles la ligne i de A a tous ses éléments nuls. On peut alors écrire A ooom B_ = ZιAiooom_x B^ où A' — {(i,j), (i,j) G A ou i G /} et B' — {(ι,j), (i,j) G B ou i $ /}, et l'on dit qu'il s'agit d'un décalage paraunitaire. On a aussi A oOo0 B = Z1AL où A' = {(i, j), (hj) £ A, i i 1} U {(t, j), (i, j) G B, i G /} et l'on dit qu'il s'agit d'un décalage orthogonal.Conversely, we say that a paraunitary pattern A ooo B_ is reducible in degree if for any index i between 1 and N 0 the line i of A has all its null elements, or the line 30 i of B_. We note / the set of indices for which the line i of A has all its null elements. We can then write A ooo m B_ = ZιAiooo m _ x B ^ where A '- {(i, j), (i, j) GA or i G /} and B' - {(ι, j), (i , j) GB or i $ /}, and it is said that it is a paraunitary shift. We also have A oOo 0 B = Z 1 AL where A '= {(i, j), (hj) £ A , ii 1} U {(t, j), (i, j) GB, i G /} and it is said that it is an orthogonal shift.
L'opération de scindage :The splitting operation:
Si la matrice donnée par l'équation (69) est paraunitaire, alors en particulier on a la relation A^nAo = 0, ce qui signifie que les vecteurs colonnes de AQ sont orthogonaux aux 5 vecteurs colonnes de Am. Si une colonne d'indice k de Ao et une colonne I de Am sont telles que [Ao]1A; = 0 ou [Am],/ = 0 sauf pour i = i$ avec 1 < io < NQ, alors la relation d'orthogonalité entre les vecteurs colonnes k de A0 et I de An s'écrit [Ao],^^]^ = 0 et donc soit [Ao]ιok = 0, soit [Am}%ol = 0.If the matrix given by equation (69) is paraunitary, then in particular we have the relation A ^ n Ao = 0, which means that the column vectors of AQ are orthogonal to the column vectors of A m . If a column of index k of Ao and a column I of A m are such that [Ao] 1A ; = 0 or [A m ], / = 0 except for i = i $ with 1 <io <NQ, then the orthogonality relation between the column vectors k of A 0 and I of A n is written [Ao], ^^] ^ = 0 and so either [A o ] ιok = 0, or [A m] % ol = 0.
On dit alors qu'un pattern paraunitaire A ooo B_ est scindable si ses matrices A et B_ io vérifient la propriété précédente. On peut alors écrire
Figure imgf000040_0001
où A! et B' sont définis par A' = A - {(i0, k)}, B' = B - {(iQ, l)}.
We then say that a paraunitary pattern A ooo B_ is cleavable if its matrices A and B_ io satisfy the previous property. We can then write
Figure imgf000040_0001
where A! and B 'are defined by A' = A - {(i 0 , k)}, B '= B - {( iQ , l)}.
Cependant les patterns paraunitaires ^ooo β ou i ooo β^ peuvent eux-mêmes être encore scindables. On peut donc recommencer l'opération de scindage tant que cela est possible et nous pouvons démontrer que quelque soit l'ordre choisi pour les scindages s'ilHowever, the paraunitary patterns ^ ooo β or i ooo β ^ can themselves be further cleavable. So we can start the splitting operation again as long as we can, and we can show that whatever order is chosen for splits if
15 existe des possibilités de choix, on obtient une décomposition unique du pattern scindableThere are possibilities of choice, we obtain a unique decomposition of the cleavable pattern
A ooo B_ sous la forme
Figure imgf000040_0002
où K > 2 , Ak C A, Bk C B, 1 < k < K et où chaque pattern A_k_ ooo Bj1 n'est plus scindable. Cette décomposition du pattern A ooo B_ est appelée son scindage total et les Ak ooo Bk les composantes du scindage.
A ooo B_ in the form
Figure imgf000040_0002
where K> 2, A k CA, B k CB, 1 <k <K and where each pattern A_ k _ ooo B j1 is no longer cleavable. This decomposition of the pattern A ooo B_ is called its total splitting and the A k ooo B k the splitting components.
M Patterns orthogonaux quasi-élémentaires :M quasi-elementary orthogonal patterns:
Les vecteurs colonnes d'une matrice orthogonale sont orthogonaux. On appelle pattern orthogonal quasi- élémentaire un pattern A tel que pour toute ligne i, il existe au plus une colonne k telle que (i, k) E A. Pour 1 < k < MQ1 on note alors Ik l'ensemble des lignes i telles que (i, k) 6 A.The column vectors of an orthogonal matrix are orthogonal. A quasi-basic orthogonal pattern is called a pattern A such that for every line i, there exists at most one column k such that (i, k) E A. For 1 <k <MQ 1, we then write I k the set of lines i such that (i, k) 6 A.
.s Comme les vecteurs colonnes d'une matrice orthogonale sont également unitaires, deux possibilités se présentent.Since the column vectors of an orthogonal matrix are also unitary, two possibilities arise.
Soit il existe un indice de colonne tel que Ik est vide et dans ce cas A = 0, soit tous les Ik, 1 < k < MQ sont non vides et l'on peut noter /& = {^,1, ^,2, - - • , ik,ck}, où c^ > 1 est le nombre d'éléments de Ik- II est alors facile de montrer que A peut s'écrire sous la forme
Figure imgf000041_0003
où *2,i> - • • ' *M),i] es* une matrice orthogonale élémentaire comme définie en 7.3. On voit alors qu'un pattern quasi-élémentaire est vide ou bien est de la forme d'une solution.
Either there exists a column index such that I k is empty and in this case A = 0, ie all Ik, 1 <k <MQ are non-empty and we can denote / & = {^, 1 , ^, 2, - - •, ik, c k }, where c ^> 1 is the number of elements of I k - It is then easy to show that A can be written in the form
Figure imgf000041_0003
where * 2, i > - • • '* M), i] es * an elementary orthogonal matrix as defined in 7.3. We then see that a quasi-elementary pattern is empty or is in the form of a solution.
s Définition des STAP :s Definition of STAP:
On suppose toujours dans ce paragraphe que M0 > 1 et N0 > M0 avec gcd(Mo, N0) = 1 sont donnés.We always assume in this section that M 0 > 1 and N 0 > M 0 with gcd (Mo, N 0 ) = 1 are given.
L'acronyme STAP désigne une Suite de Transformations Appliquées à un Pattern. Un STAP est constitué d'une suite Ti, T2, Tk de transformations, éventuellement vide, chaque 10 T% étant une rotation R10 avec 1 < i < j < N0 ou bien un décalage Z1 avec / C {1, . . . , N0] et d'un pattern paraunitaire Aooo β ou orthogonal AThe acronym STAP designates a Suite of Transformations Applied to a Pattern. An STAP consists of a sequence Ti, T 2 , T k of transformations, possibly empty, each T % being a rotation R 10 with 1 <i <j <N 0 or an offset Z 1 with / C {1 ,. . . , N 0 ] and a paraunitary pattern Aooo β or orthogonal A
Exemples. Une liste vide de transformation et le pattern paraunitaire à reconstruction parfaite constitue ce qu'on appelle le STAP à reconstruction parfaite. A une solutionExamples. An empty list of transformation and the perfectly reconstructed paraunitary pattern is called the perfect reconstruction STAP. Has a solution
S = T1T2 . . . TkU0 peut être associé le STAP constitué de la suite [Tx, T2, . . . , Tk) et du χ5 pattern orthogonal A défini par A = {[i, j), [Uo]t3 = 1} où U0 est une matrice paraunitaire élémentaire. Ce second type de STAP est appelé un STAP solution.S = T 1 T 2 . . . T k U 0 may be associated with the STAP consisting of the sequence [T x , T 2 ,. . . , T k ) and χ5 orthogonal pattern A defined by A = {[i, j), [Uo] t3 = 1} where U 0 is an elementary paraunitary matrix. This second type of STAP is called an STAP solution.
Si le pattern d'un STAP est pivotable par la rotation R1^ alors on dit que le STAP est pivotable. On définit la rotation sur le STAP par
Figure imgf000041_0004
où A', B' sont définis dans le paragraphe 5.8.1, et
Figure imgf000041_0005
If the pattern of an STAP is rotatable by the rotation R 1 ^ then we say that the STAP is pivotable. We define the rotation on the STAP by
Figure imgf000041_0004
where A ', B' are defined in paragraph 5.8.1, and
Figure imgf000041_0005
20 où A' est défini dans le paragraphe 5.8.1.Where A 'is defined in paragraph 5.8.1.
De même si le pattern d'un STAP est réductible en degré avec un ensemble d'indices /, le STAP est dit réductible en degré et l'on définit son décalage avec un pattern paraunitaire par ]
Figure imgf000041_0001
où A', B' sont définis dans le paragraphe 5.8.1. Son décalage avec un pattern orthogonal ∞ est défini par
Figure imgf000041_0002
où A' est défini en 5.8.1.
Similarly, if the pattern of an STAP is reducible in degree with a set of indices /, the STAP is said to be reducible in degree and one defines its shift with a paraunitary pattern by]
Figure imgf000041_0001
where A ', B' are defined in paragraph 5.8.1. Its offset with an orthogonal pattern ∞ is defined by
Figure imgf000041_0002
where A 'is defined in 5.8.1.
Si le pattern d'un STAP est scindable, alors on peut l'écrire comme équivalent à un ensemble de STAP dont les patterns sont les composantes du scindage, et l'on dit que le STAP est scindable et que l'on a effectué le scindage du STAP. Enfin si le pattern A d'un STAP E est un pattern orthogonal quasi-élémentaire, qui est vide ou s'écrit sous la forme
Figure imgf000042_0003
est une matrice orthogonale élémentaire, alors le STAP représente un ensemble vide ou égal au STAP note QE[E)
Figure imgf000042_0002
défini par A' — {(i,j),
Figure imgf000042_0001
= 1} qui est donc un STAP solution.
If the pattern of an STAP is cleavable, then we can write it as equivalent to a set of STAP whose patterns are the components of the cleavage, and we say that the STAP is cleavable and that we performed the splitting of STAP. Finally, if the pattern A of an STAP E is a quasi-elementary orthogonal pattern, which is empty or written in the form
Figure imgf000042_0003
is an elementary orthogonal matrix, then the STAP represents an empty set or equal to the STAP note QE [E)
Figure imgf000042_0002
defined by A '- {(i, j),
Figure imgf000042_0001
= 1} which is therefore an STAP solution.
Première étape de l'algorithme général : Pour des valeurs fixées de MQ, NQ, m, on part de l'ensemble I constitué par le STAP à reconstruction parfaite et l'on construit l'ensemble de STAP SQ par l'algorithme suivantFirst step of the general algorithm: For fixed values of MQ, NQ, m, one starts from the set I constituted by the STAP with perfect reconstruction and one constructs the set of STAP SQ by the following algorithm
ToDo = IToDo = I
£o = 0 tant que Todo φ 0 faire { x = first(ToDo) ToDo = Todo - {x} si x scindable alors ToDo — ToDo U scindage(x) sinon si x pivotable alors ToDo = ToDo U {rotation(a;)} sinon si x réductible en degré alors SQ = EQ U {X} sinon erreur "STAP non transformable"£ o = 0 as Todo φ 0 do {x = first (ToDo) ToDo = Todo - {x} if x then cleave ToDo - ToDo U split (x) otherwise if x pivotable then ToDo = ToDo U {rotation (a; }} else if x is reducible in degree then SQ = EQ U {X} else error "STAP not transformable"
} retourner SQ} return SQ
Dans cet algorithme x = fιτst(ToDo) signifie que l'on choisit un élément x dans ToDo, le plus petit pour un ordre quelconque sur ToDo, par exemple le premier si ToDo est représenté par une liste. L'ensemble SQ est constitué de STAP qui sont tous réductibles en degré. L'ensemble SQ est l'ensemble des décalés paraunitaires des éléments de SQ. On construit alors l'ensemble S\ en utilisant le même algorithme où T est remplacé par SQ et SQ par S\ et ainsi de suite. La construction de S1, i = 0, . . . , k est donc donné par l'algorithme suivant. de i = 0 à k faire { si i = 0 alors ToDo = 1 sinon ToDo — {décalage(:r), x G £t_i}In this algorithm x = fιτst (ToDo) means that we choose an element x in ToDo, the smallest for any order on ToDo, for example the first if ToDo is represented by a list. The SQ set consists of STAPs which are all reducible in degree. The set S Q is the set of paraunit offsets of the elements of SQ. We then construct the set S \ using the same algorithm where T is replaced by S Q and SQ by S \ and so on. The construction of S 1 , i = 0,. . . , k is given by the following algorithm. from i = 0 to k make {if i = 0 then ToDo = 1 otherwise ToDo - {offset (: r), x G ^ t _i}
tant que Todo φ 0 faire { x = first(ToDo) ToDo = Todo - {x} si x scindable alors ToDo = ToDo U scindage(x) sinon si x pivotable alors ToDo = ToDoU {rotation(a;)} sinon si x réductible en degré alors E1 — E% U {x} sinon erreur "STAP non transformable"as Todo φ 0 do {x = first (ToDo) ToDo = Todo - {x} if x then cleave ToDo = ToDo U split (x) else if x pivotable then ToDo = ToDoU {rotation (a;)} otherwise if x reducible in degree then E 1 - E % U {x} else error "STAP non transformable"
} } retourner {Eo, . . . , Sk)}} return {Eo,. . . , Sk)
Les ensembles de STAP On, n > 1 sont les STAP obtenus à partir des STAP de En-\ par décalage de leurs patterns réductibles en degré vers des patterns orthogonaux. On applique alors l'algorithme suivant pour transformer On en un ensemble de STAP quasi-élémentaires, puis un ensemble Sn de STAP solutions.The STAP sets O n , n> 1 are the STAPs obtained from the STAPs of E n - \ by shifting their reducible patterns in degrees to orthogonal patterns. We then apply the following algorithm to transform O n into a set of quasi-elementary STAPs, then a set S n of STAP solutions.
ToDo = On ToDo = O n
<S« = 0 tant que Todo φ 0 faire { x = first{ToDo) ToDo ≈ Todo - {x} si x scindable alors ToDo = ToDo U scindage(x) sinon si x pivotable alors ToDo = ToDo U {rotation(x)} sinon si x quasi-élémentaire alors Sn = EQ U {QE(X) } sinon erreur "STAP non transformable"<S "= 0 as Todo φ 0 do {x = first {ToDo) ToDo ≈ Todo - {x} if x then cleave ToDo = ToDo U split (x) otherwise if x pivotable then ToDo = ToDo U {rotation (x }} else if x quasi-elementary then S n = EQ U {QE (X)} else error "STAP not transformable"
} retourner Sn A l'ensemble Sn correspond un ensemble de solutions dont l'union est SM0,N0,m, c'est-à- dire exhaustif. Mais, après cette première étape de l'algorithme, cet ensemble de solutions présentent les inconvénients suivants :} return S n To the set S n corresponds a set of solutions whose union is S M0 , N0, m , that is to say exhaustive. But, after this first step of the algorithm, this set of solutions has the following drawbacks:
- Une solution peut être contenue dans une autre, c'est-à-dire que l'ensemble Sn est s redondant.One solution may be contained in another, that is, the set S n is redundant.
- Une solution peut dépendre d'un nombre de rotations strictement supérieur à sa dimension.- A solution may depend on a number of rotations strictly greater than its dimension.
L'étape suivante consiste à partir de Sn à construire un ensemble de solutions ne présentant plus ces deux inconvénients.The next step is to start from S n to build a set of solutions no longer presenting these two disadvantages.
ιo Seconde étape de l'algorithme général :ιo Second step of the general algorithm:
Considérons une solution S = Ti, T2, . . . ,TkUo, dépendant de n rotations R11 Jx, . . . FL1n^n l'application φs : (9χ, . . . , θn) → M(θχ, . . . , θn) où M(θχ, . . . , θn) est la matrice N0 x JW0 réelles obtenues en affectant les angles θt, ι = 1, . . . , n à celles des tranformations T1 qui sont des rotations est appelée représentation paramétrique de la solution. L'application îβ φs peut être considérée comme une application de Hn dans JR,^0 M° et la dimension maximale de l'espace tangent en φ(θχ, . . . , θn) est atteinte presque partout sur IR". On appelle cette dimension maximale la dimension de la solution et on la note dim(S'). On a toujours (Um(S) < nConsider a solution S = Ti, T 2 ,. . . , TkUo, depending on rotations R 11 Jx,. . . FL 1n ^ n the application φs: (9χ, ..., θ n ) → M (θχ, ..., θ n ) where M (θχ, ..., θ n ) is the matrix N 0 x JW 0 real obtained by affecting the angles θ t , ι = 1,. . . , n to those transformations T 1 which are rotations is called parametric representation of the solution. The application β βs can be considered as an application of H n in JR, ^ 0 M ° and the maximum dimension of the tangent space in φ (θχ, ..., θ n ) is reached almost everywhere on IR ". This maximum dimension is called the dimension of the solution and we denote dim (S '). We always have (Um (S) <n
On peut alors montrer qu'il est possible de conserver la même solution en supprimant 20 n — dim (S) rotations parmi les n contenues dans la solution initiale. L'algorithme pour obtenir cette réduction du nombre de rotations est le suivant : en calculant successivement TkUo, Tk-χTkUo, . . . , Tχ . . . TkUo, on supprime les transformations T1 qui sont des rotations et n'augmentent pas de 1 la dimension.It can then be shown that it is possible to keep the same solution by suppressing n - dim (S) rotations among the n contained in the initial solution. The algorithm for obtaining this reduction in the number of rotations is as follows: by calculating successively TkUo, Tk-χTkUo,. . . , Tχ. . . TkUo, one removes the transformations T 1 which are rotations and do not increase of 1 dimension.
Étant données deux solutions Sx : Ti . . . TkU0 et S2 : Ux . . . Ui VQ, avec dim (Si) = k < 25 I = dim(S2) et φs1, φs2 leurs représentations paramétriques respectives, il est possible de démontrer que l'un des cas suivants est vérifié :Given two solutions Sx: Ti. . . TkU 0 and S 2 : Ux. . . Ui VQ, with dim (Si) = k <25 I = dim (S2) and φs 1 , φs 2 their respective parametric representations, it is possible to demonstrate that one of the following cases is verified:
1. soit φs1(Εik) est contenu dans φs2(1Rι), autrement dit Sx C S2,1. let φs 1 (Εi k ) be contained in φs 2 (1R ι ), in other words Sx CS 2 ,
2. soit φg*(φSl(Rk) n φs2ÇB!)) est de mesure nulle dans H*.2. either φg * (φ Sl (R k ) n φs 2 BB!)) Is of zero measure in H *.
Pour montrer que 5i C 52, on choisit donc une valeur aléatoire θ = (#i, . . . , #&) desTo show that 5i C 5 2 , we therefore choose a random value θ = (#i, ..., # & ) of
M paramètres de Sx et on cherche à minimiser la distance δ = minα
Figure imgf000044_0001
lorsque a — (ax, . . . , ai) € H . Dans la cas 1, J = O tandis que dans le cas 2, δ > 0. Un logiciel numérique d'optimisation globale est utilisé pour calculé la valeur de δ et l'optimisation est lancée avec plusieurs valeurs initiales pour a. 5.8.2 Application directe au cas NQ = M0 + 1
M Sx parameters and we try to minimize the distance δ = min α
Figure imgf000044_0001
when a - (ax, ..., ai) € H. In case 1, J = O while in case 2, δ> 0. A numerical global optimization software is used to calculate the value of δ and the optimization is started with several initial values for a. 5.8.2 Direct application to the case NQ = M 0 + 1
L'algorithme de résolution, avec ses deux étapes, conduit aux ensembles de solutions dont les propriétés sont décrites dans le tableau 1 dans le cas de quelques valeurs de (M0, N0, m) avec N0 = M0 + 1.The resolution algorithm, with its two steps, leads to the sets of solutions whose properties are described in Table 1 in the case of some values of (M 0 , N 0 , m) with N 0 = M 0 + 1.
Les 2 solutions du cas Mo = 2, No — 3, m — 1 sont, à titre d'exemple, fournies au tableau 2.The 2 solutions of the case Mo = 2, No - 3, m - 1 are, by way of example, provided in Table 2.
Cependant, l'algorithme général peut être utilisé également dans des cas où NQ > MQ + 1. Par exemple pour M0 = 3, No = 5, m = 1 on obtient que £3,5,1 est constitué de 4 solutions données dans le tableau 3.However, the general algorithm can be used also in cases where NQ> MQ + 1. For example for M 0 = 3, No = 5, m = 1 we obtain that £ 3.5,1 consists of 4 given solutions in Table 3.
L'algorithme présenté ici constitue une considérable amélioration de celui qui était proposé dans [4] puisque, par exemple, l'ensemble £4,5,2 est décrit par 61 solutions, nombre qui ne peut être réduit, alors qu'il l'était à l'aide de 13502 solutions.The algorithm presented here constitutes a considerable improvement of the one proposed in [4] since, for example, the set £ 4.5,2 is described by 61 solutions, a number which can not be reduced, while was using 13502 solutions.
5.8.3 Enumération exhaustive des solutions pour le cas Mo = 2 et TV0 = 3 L'ensemble des solutions obtenues dans ce cas peut se caractériser de la manière qui suit.5.8.3 Comprehensive enumeration of the solutions for the case Mo = 2 and TV 0 = 3 The set of solutions obtained in this case can be characterized as follows.
Soit m > 1. Les m — 1 sous-ensembles A01, a = 0, . . . , m — 2 de U2,3,m définis parLet m> 1. The m - 1 subsets A 01 , a = 0,. . . , m - 2 of U 2 , 3 , m defined by
Figure imgf000045_0001
sont m — 1 solutions distinctes de <S2,3,m de dimension 2m et de support nul symétrique
Figure imgf000045_0001
are m - 1 distinct solutions of <S 2 , 3 , m of dimension 2m and symmetric null support
{dl,0, <74,m-l} .{dl, 0, <74, m-1}.
Ils vérifient les relations de symétrie φm^\{Aa) = ^4m_2-α, a — 0, . . . , m — 2. Si m est pair, ^l(m_2)/2 ^t donc une solution symétrique de £2,3,™ de dimension 2m. Pour m > 1 et a = 0, . . . , m — 2, on pose, pour a < m — 3They verify the relations of symmetry φ m ^ \ {A a ) = ^ 4 m _ 2 - α , a - 0,. . . , m - 2. If m is even, then ^ l (m _ 2) / 2 ^ t is a symmetrical solution of £ 2 , 3 , ™ of dimension 2m. For m> 1 and a = 0,. . . , m - 2, we pose, for a <m - 3
Figure imgf000045_0002
Figure imgf000046_0001
Figure imgf000047_0001
Figure imgf000045_0002
Figure imgf000046_0001
Figure imgf000047_0001
TABLE 2 - Solutions pour M0 = 2, N0 ≈ 3, m = 1.TABLE 2 - Solutions for M 0 = 2, N 0 ≈ 3, m = 1.
Figure imgf000047_0002
TABLE 3 - Solutions pour MQ = 3, N0 ≈ 5, m = l.
Figure imgf000047_0002
TABLE 3 - Solutions for M Q = 3, N 0 ≈ 5, m = 1.
etand
Figure imgf000047_0003
Figure imgf000047_0003
Les sont m — 1 solutions distinctes de de dimension 2m
Figure imgf000047_0007
Figure imgf000047_0008
et de support nul non symétrique
Figure imgf000047_0009
The are m - 1 distinct solutions of 2m dimension
Figure imgf000047_0007
Figure imgf000047_0008
and unsymmetrical zero support
Figure imgf000047_0009
Les sont m — 1 solutions distinctes de <S2,3,"> de dimension 2m et
Figure imgf000047_0006
de support nul non symétrique
Figure imgf000047_0010
The are m - 1 distinct solutions of <S 2 , 3 , "> of dimension 2m and
Figure imgf000047_0006
unsymmetrical zero support
Figure imgf000047_0010
Les relations de symétrie suivantes sont vérifiées :
Figure imgf000047_0005
2.
The following symmetry relationships are verified:
Figure imgf000047_0005
2.
On pose enfinWe finally ask
etand
Figure imgf000047_0004
Alors D et E sont deux solutions de <S2,3,m de dimension 2m, de supports nuls non symétriques
Figure imgf000048_0006
Figure imgf000047_0004
Then D and E are two solutions of <S 2 , 3 , m of dimension 2m, unsymmetrical null supports
Figure imgf000048_0006
5.8.4 Obtention des solutions de dimension maximale pour Mo impair et
Figure imgf000048_0007
5.8.4 Obtaining Maximum Dimension Solutions for Odd Mo and
Figure imgf000048_0007
Pour MQ < 2, on définit la matrice unitaire élémentaire UM0 de dimensions M0 x (M0 + 1) par :For MQ <2, we define the elementary unitary matrix UM 0 of dimensions M 0 x (M 0 + 1) by:
- Si MQ est pair, MQ = 2mo :- If MQ is even, MQ = 2mo:
Figure imgf000048_0001
Figure imgf000048_0001
- Si MQ est impair, M0 = 2mo + 1- If MQ is odd, M 0 = 2mo + 1
Figure imgf000048_0004
Figure imgf000048_0004
Exemples.Examples.
Figure imgf000048_0002
Figure imgf000048_0002
SoitIs
Soit les matrices NQ X NQ définies, pour MQ impair, par
Figure imgf000048_0005
Figure imgf000048_0003
Figure imgf000049_0001
Let the matrices NQ X NQ be defined, for odd MQ, by
Figure imgf000048_0005
Figure imgf000048_0003
Figure imgf000049_0001
La solution SM0 définie par
Figure imgf000049_0002
est une solution de SM0,N0,m- Cette solution est symétrique et de dimension TΠ{NQ/2)2.
The solution S M0 defined by
Figure imgf000049_0002
is a solution of S M0 , N 0 , m- This solution is symmetrical and of dimension TΠ {NQ / 2) 2 .
On conjecture que la solution SM0 du théorème précédent est l'unique solution de s SM0,No,m de dimension maximale m(No/2)2 pour Mo impair.We conjecture that the solution S M0 of the previous theorem is the unique solution of s S M0 , No , m of maximum dimension m (No / 2) 2 for odd Mo.
5.8.5 Obtention des solutions de dimension maximale pour Mo pair et N0 =5.8.5 Obtaining Maximum Dimension Solutions for Pe M and N 0 =
M0 + 1M 0 + 1
Soit les
Figure imgf000049_0008
matrices NQ X JV0 définies, pour Mo pair, par
Let them be
Figure imgf000049_0008
NQ X JV 0 matrices defined, for peer Mo, by
1010
Pour e
Figure imgf000049_0003
For e
Figure imgf000049_0003
« Alors les
Figure imgf000049_0004
solutions distinctes de
Figure imgf000049_0005
et de même support nul. Les relations suivantes de symétrie sont vérifiées
Figure imgf000049_0007
Figure imgf000049_0006
"Then
Figure imgf000049_0004
distinct solutions of
Figure imgf000049_0005
and likewise null support. The following symmetry relations are verified
Figure imgf000049_0007
Figure imgf000049_0006
On conjecture que les solutions Ano,α>
Figure imgf000049_0009
du théorème 2 sont de dimension maximale
Figure imgf000049_0010
et lorsque m est pair,
Figure imgf000049_0011
est l'unique solution symétrique » de dimension maximale dans SM0,N0,m- Si m est impair, il n'existe aucune solution symétrique de dimension maximale. 5.8.6 Obtention des solutions de dimension minimale pour tout Mo pair et
Figure imgf000050_0004
We conjecture that the solutions A no , α>
Figure imgf000049_0009
of Theorem 2 are of maximum dimension
Figure imgf000049_0010
and when m is even,
Figure imgf000049_0011
is the only symmetric solution of maximal dimension in S M0 , N0 , m - If m is odd, there is no symmetrical solution of maximum dimension. 5.8.6 Obtaining Minimal Dimension Solutions for Any Even Peer and
Figure imgf000050_0004
Pour Mo > 1 and No = Mo+ 1, on définit la matrice UQ rectangulaire unitaire NQ X MO par [Uo]ij = 1 si i = j et [UQ]^J = 0 $i i φ j. L'ensemble des matrices B est défini par
Figure imgf000050_0001
Alors, pour m > 1, l'ensemble des matrices
Figure imgf000050_0003
défini par
Figure imgf000050_0002
est une solution dans SM0,N0,m de dimension mMo- Nous conjecturons que cette dimension mMo est la dimension minimale des solutions dans «SMO.MO+I,™ lorsque cet ensemble est décrit comme union d'un ensemble irréductible de solutions.
For Mo> 1 and No = Mo + 1, we define the unitary rectangular matrix UQ NQ X MO by [Uo] i j = 1 if i = j and [UQ] ^ J = 0 $ ii φ j. The set of matrices B is defined by
Figure imgf000050_0001
So for m> 1, all the matrices
Figure imgf000050_0003
defined by
Figure imgf000050_0002
is a solution in S M0, N0, m dimension mmole We conjecture that this dimension MMO is the minimum dimension of the solutions in "SM .M O O + I, ™ when this assembly is described as a union set of irreducible solutions.
6 ANNEXE F : Exemples6 APPENDIX F: Examples
Dans ce qui suit nous détaillons le cas particulier d'un système de banc de filtres pour les valeurs de paramètres Mo = 5, JV0 = 6, Δ = 12, m = 4. Ce calcul correspond donc à celui nécessaire pour un système OFDM suréchantillonné dans un rapport 6/5 s et comprenant 60 sous-porteuses, ce qui se traduit par un filtre prototype de longueurIn what follows we detail the particular case of a filter bank system for the parameter values Mo = 5, JV 0 = 6, Δ = 12, m = 4. This calculation corresponds to that required for an OFDM system. oversampled in a 6/5 s ratio and including 60 subcarriers, which translates to a prototype length filter
L = 1440.L = 1440.
Dans le cas de cet exemple, il nous suffit d'appliquer la méthode qui suit Pour k, I avec 1 < k < I < JV0, on définit la matrice de rotation Rki(θ) de dimension JV0 x JVo et d'angle θ dans le plan (k, I) parIn the case of this example, we need only apply the following method. For k, I with 1 <k <I <JV 0 , we define the rotation matrix R k i (θ) of dimension JV 0 x JVo and angle θ in the plane (k, I) by
Figure imgf000051_0001
,j io Dans les schémas de réalisation, une rotation Rkι(θ) sera représentée comme dans la figure 5.
Figure imgf000051_0001
, J io In the illustrated patterns, a R k ι rotation (θ) will be represented as in Figure 5.
Enfin Zjv0 est la matrice carrée diagonale de dimensions JVo x JV0 dont les termes diagonaux sont égaux à 1 sauf sur la dernière ligne dont le terme est z~x.Finally Zjv 0 is the diagonal square matrix of dimensions JVo x JV 0 whose diagonal terms are equal to 1 except on the last line whose term is z ~ x .
Pour MQ > 1 e£ JV0 = Mo+1, nous définissons la matrice unitaire UQ de taille NQ X MQ 15 par [t7o]»,j = 1 si i = j et [Uo]ij = 0 si i φ j. L'ensemble des matrices B est défini par
Figure imgf000051_0002
For MQ> 1 e £ JV 0 = Mo + 1, we define the unit matrix UQ of size NQ X MQ 15 by [t7o] ', j = 1 if i = j and [Uo] ij = 0 if i φ j. The set of matrices B is defined by
Figure imgf000051_0002
Pour cette égalité ensembliste les rotations reçoivent toutes les valeurs possibles pour les angles.For this set equality the rotations receive all the possible values for the angles.
Alors, d'après 5.8.6, pour m > 1, l'ensemble des matrices S^0 m défini par
Figure imgf000051_0003
est une solution de dimension IUMQ. M Ceci veut dire que pour toute valeur de Δ un prototype P(z) défini par
Figure imgf000051_0004
et si pour tout i = 0, . . . , Δ — 1,
Then, according to 5.8.6, for m> 1, the set of matrices S ^ 0 m defined by
Figure imgf000051_0003
is an IUMQ dimension solution. M This means that for any value of Δ a prototype P (z) defined by
Figure imgf000051_0004
and if for all i = 0,. . . , Δ - 1,
Figure imgf000051_0005
où les matrices Vw (z), i = 0, . . . , Δ - 1
Figure imgf000051_0005
where the matrices V w (z), i = 0,. . . , Δ - 1
Figure imgf000052_0001
vérifient l'équation (47)
Figure imgf000052_0002
où les matrices U^ (z), i = 0, . . . , Δ — 1 appartiennent à la solution S^n, alors P(z) est à reconstruction parfaite.
Figure imgf000052_0001
check the equation (47)
Figure imgf000052_0002
where the matrices U ^ (z), i = 0,. . . , Δ - 1 belong to the solution S ^ n , whereas P (z) is perfectly reconstructed.
Ici Ti(Z) est la matrice diagonale 5 x 5, non causale, ayant pour éléments diagonaux 1, z, z2, z3, zA, z~x et T2(z) la matrice diagonale 4x4 d'éléments diagonaux 1, z, z~2, z~3. Puisque, pour i fixé, £/w(z) est dans S$o m, on a d'après (111) et (105), B désignant une matrice dand B pour laquelle les angles ont été fixés.
Figure imgf000052_0003
On introduit alors la matrice B(z) définie par
Figure imgf000052_0004
où les angles des matrices de rotation RÏ,M0+I ne sont pas indiqués. Les égalités
Here Ti (Z) is the diagonal matrix 5 x 5, non-causal, having as diagonal elements 1, z, z 2 , z 3 , z A , z ~ x and T 2 (z) the diagonal matrix 4x4 of diagonal elements 1, z ~ ι , z ~ 2 , z ~ 3 . Since, for i fixed, £ / w (z) is in S $ om , we have (111) and (105), where B denotes a matrix dand B for which the angles have been fixed.
Figure imgf000052_0003
The matrix B (z) defined by
Figure imgf000052_0004
wherein the angles of rotation matrices R I, M0 + I are not indicated. The equalities
permettent alors d'écrire
Figure imgf000052_0005
then allow to write
Figure imgf000052_0005
L'égalité (114) est montrée dans les schémas de réalisation des figures 6 A et 6B et le schéma de réalisation des blocs V^ (z) de la figure 3 est donné dans la figure 7. Les mM0 = 20 rotations présentes dans le schéma de la figure 7 correspondent à 20 angles différents. Par conséquent dans la figure 3 sont présents mM0A = 240 angles.The equality (114) is shown in the diagrams of embodiments of FIGS. 6A and 6B and the diagram of embodiment of the blocks V 1 (z) of FIG. 3 is given in FIG. 7. The mM 0 = 20 rotations present in FIG. the diagram of Figure 7 correspond to 20 different angles. Therefore in Figure 3 are present mM 0 A = 240 angles.
Un exemple d'un tel filtre prototype optimisé pour l'énergie hors-bande, dans le cas d'une phase non linéaire, est représenté aux figures 8A et 8B. 7 ANNEXE G : BibliographieAn example of such a prototype filter optimized for out-of-band energy, in the case of a non-linear phase, is shown in FIGS. 8A and 8B. 7 APPENDIX G: Bibliography
RéférencesReferences
[1] A. Paulraj and T. Strohmer. Method for puise shape design for ofdm. Patent WO 2006/004980, 2006.[1] A. Paulraj and T. Strohmer. Method for drawing shape for ofdm. Patent WO 2006/004980, 2006.
[2] R. Hleiss, P. Duhamel, and M. Charbit. Oversampled OFDM Systems. In Proc. International Conférence on Digital Signal Processing, Santorini, Greece, JuIy 1997.[2] R. Hleiss, P. Duhamel, and M. Charbit. Oversampled OFDM Systems. In Proc. International Conference on Digital Signal Processing, Santorini, Greece, July 1997.
[3] C. Siclet and P. Siohan. Procédé de transmission d'un signal multiporteuses associé à des porteuses modulées synchroniquement, procédés de modulation et de démodulation et dispositifs correspondants. Demande de brevet PCT/FR 02/00329, January 2002.[3] C. Siclet and P. Siohan. A method of transmitting a multicarrier signal associated with synchronously modulated carriers, modulation and demodulation methods, and corresponding devices Patent Application PCT / FR 02/00329, January 2002.
[4] C. Siclet, P. Siohan, and D. Pinchon. Perfect reconstruction conditions and design of oversampled DFT modulated transmultiplexers. Eurasip Journal on Appled Signal Processing, 2006. Article ID 15756, 14 pages.[4] C. Siclet, P. Siohan, and D. Pinchon. Perfect reconstruction conditions and design of oversampled DFT modulated transmultiplexers. Eurasip Journal on Appled Signal Processing, 2006. Article ID 15756, 14 pages.
[5] M. I. Doroslovacki. Product of second moments in time and frequency for discrete-time signais and the uncertainty limit. Signal Processing, 67(1), May 1998. [5] Mr. I. Doroslovacki. Product of second moments in time and frequency for discrete time and uncertainty. Signal Processing, 67 (1), May 1998.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de démodulation d'un signal multiporteuse suréchantillonné, caractérisé en ce qu'il comprend Δ étages, Δ étant un entier supérieur ou égal à 1, alimentés par des données reçues représentatives de données source, chacun desdits étages comprenant un banc de filtres d'analyse présentant No branches et un facteur de décimation égal à MQ , avec N0 et M0 premiers entre eux et MQ > 1 , un banc de filtres d'analyse comprenant une matrice de décomposition V^(z)et une matrice de Fourier F^0 , et en ce que ladite matrice de décomposition associée à un banc de filtres d'analyse est une matrice para-unitaire, dont certains coefficients sont forcés à zéro selon un critère prédéterminé tenant compte dudit facteur de décimation M0 et dudit nombre de branches N0 , de façon à permettre une reconstruction parfaite desdites données source, et en ce que ledit critère prédéterminé force à zéro les coefficients de la matrice de décomposition V^ \z) de taille N0 x M0 , selon les équations suivantes :
Figure imgf000054_0001
avec :
1. Device for demodulating an oversampled multicarrier signal, characterized in that it comprises Δ stages, Δ being an integer greater than or equal to 1, fed by received data representative of source data, each of said stages comprising a filter bank analysis with no branches and a decimation factor equal to M Q , with N 0 and M 0 prime between them and M Q > 1, an analysis filter bank comprising a decomposition matrix V ^ (z) and a Fourier matrix F ^ 0 , and in that said decomposition matrix associated with a bank of analysis filters is a para-unitary matrix, some coefficients of which are forced to zero according to a predetermined criterion taking into account said decimation factor M 0 and said number of branches N 0 , so as to allow a perfect reconstruction of said source data, and in that said predetermined criterion forces to zero the coefficients of the decomposition matrix V ^ \ z) of size N 0 x M 0 , according to the following equations:
Figure imgf000054_0001
with:
- m un entier supérieur ou égal à 1 ;m is an integer greater than or equal to 1;
Figure imgf000054_0002
( ) ( ) β( )
Figure imgf000054_0002
() () β ()
- β(k,l) un entier tel que :- β (k, l) an integer such that:
Figure imgf000054_0003
Figure imgf000054_0003
- (u,v) une paire d'entiers telle que UMQ - VN0 ≈ 1 , avec |«| < N0 et |v| < M0 ; avec 0 ≤ k ≤ N0 - 1 et 0 ≤ / ≤ M0 - l et τem(a,b) un opérateur définissant le reste de la division des entiers a par b. - (u, v) a pair of integers such that UM Q - VN 0 ≈ 1, with | "| <N 0 and | v | <M 0 ; with 0 ≤ k ≤ N 0 - 1 and 0 ≤ / ≤ M 0 - 1 and τem (a, b) an operator defining the remainder of the division of the integers a by b.
2. Dispositif de démodulation selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite matrice de décomposition est constituée de m matrices identiques B , chaque matrice B étant constituée d'au moins une rotation et d'au moins un décalage, m étant supérieur ou égal à 1. 2. Demodulation device according to claim 1 characterized in that said decomposition matrix consists of m identical matrices B, each matrix B consisting of at least one rotation and at least one offset, m being greater than or equal to 1.
3. Dispositif de démodulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que N0 est égal à M0 + 1.3. Demodulation device according to claim 1, characterized in that N 0 is equal to M 0 + 1.
4. Dispositif de démodulation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le nombre de rotations d'une matrice B est égal à MQ .4. Demodulation device according to claim 3, characterized in that the number of rotations of a matrix B is equal to M Q.
5. Dispositif de démodulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre d'étages Δ est un entier pair, supérieur ou égal à 2.5. Demodulation device according to claim 1, characterized in that the number of stages Δ is an even integer, greater than or equal to 2.
6. Dispositif de démodulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que6. Demodulation device according to claim 1, characterized in that
T lesdits étages alimentent des premiers moyens de permutation P comprenant ΔNQ entrées et ΔNo sorties, alimentant N0 matrices de Fourier F^ , qui alimentent elles-mêmes des seconds moyens de permutation P. Said stages supply first permutation means P comprising ΔN Q inputs and ΔNo outputs, supplying N 0 Fourier matrices F i, which themselves feed second permutation means P.
7. Procédé de démodulation d'un signal multiporteuse suréchantillonné, caractérisé en ce qu'il met en œuvre Δ étages, Δ étant un entier supérieur ou égal à 1 , alimentés par des données reçues, représentatives de données source, chacun desdits étages mettant en oeuvre un filtrage d'analyse présentant N0 branches et un facteur de décimation égal à MQ , avec N0 et MQ premiers entre eux et MQ > 1 , comprenant les étapes suivantes : multiplication par une matrice de décomposition V (z) et multiplication par une matrice de Fourier F^ , et en ce que ladite matrice de décomposition associée à un banc de filtres d'analyse est une matrice para-unitaire, dont certains coefficients sont forcés à zéro selon un critère prédéterminé tenant compte dudit facteur de décimation MQ et dudit nombre de branches N0 , de façon à permettre une reconstruction parfaite desdites données source, et en ce que ledit critère prédéterminé force à zéro les coefficients de la matrice de décomposition V ι\z) de taille N0 x M0 , selon les équations suivantes :7. A method for demodulating an oversampled multicarrier signal, characterized in that it implements Δ stages, where Δ is an integer greater than or equal to 1, fed by received data, representative of source data, each of said stages implementing implement an analysis filter having N branches 0 and a decimation factor equal to M Q, where N is 0 and M first and M Q them Q> 1, comprising the following steps: multiplication by a decomposition matrix V (z) and multiplying by a Fourier matrix F ^, and in that said decomposition matrix associated with an analysis filter bank is a para-unitary matrix, some coefficients of which are forced to zero according to a predetermined criterion taking into account said factor of decomposition. decimation M Q and said number of branches N 0 , so as to allow a perfect reconstruction of said source data, and in that said predetermined criterion forces to zero coeffici ents of the decomposition matrix V ι \ z) of size N 0 x M 0 , according to the following equations:
avec :
Figure imgf000055_0001
with:
Figure imgf000055_0001
- m un entier supérieur ou égal à 1 ;
Figure imgf000056_0002
β - β( kj) un entier tel que :
m is an integer greater than or equal to 1;
Figure imgf000056_0002
β - β (kj) an integer such that:
Figure imgf000056_0003
- (w,v) une paire d'entiers telle que UMQ - VN0 » 1 , avec |«| < N0 et |v| < M0 ; avec 0 ≤ k ≤ N0 - I et 0 ≤ / ≤ M0 - l et rem(α,è) un opérateur définissant le reste de la division des entiers a par b.
Figure imgf000056_0003
- (w, v) a pair of integers such that UM Q - VN 0 »1, with |« | <N 0 and | v | <M 0 ; with 0 ≤ k ≤ N 0 - I and 0 ≤ / ≤ M 0 - 1 and rem (α, è) an operator defining the remainder of the division of the integers a by b.
8. Procédé de démodulation selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite matrice de décomposition est constituée de m matrices identiques B , chaque matrice B étant constituée d'au moins une rotation et d'au moins un décalage, m étant supérieur ou égal à 1, et en ce que ledit procédé comprend une phase préalable de détermination desdites matrices B , de façon que lesdites matrices B s'écrivent sous la forme suivante :
Figure imgf000056_0001
où Z H0 est une matrice carrée diagonale assurant un décalage et /?, Λ/O +I une matrice de rotation.
8. Demodulation method according to claim 7, characterized in that said decomposition matrix consists of m identical matrices B, each matrix B consisting of at least one rotation and at least one offset, m being greater than or equal to at 1, and in that said method comprises a preliminary phase for determining said matrices B, so that said matrices B are written in the following form:
Figure imgf000056_0001
where ZH 0 is a diagonal square matrix providing an offset and / ?, Λ / O + I a rotation matrix.
9. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé de démodulation selon la revendication 7 lorsque ledit programme est exécuté par un processeur.9. Computer program comprising instructions for implementing the demodulation method according to claim 7 when said program is executed by a processor.
10. Dispositif de modulation d'un signal multiporteuse suréchantillonné, caractérisé en ce qu'il comprend Δ étages, Δ étant un entier supérieur ou égal à 1, alimentés par des données source, chacun desdits étages comprenant un banc de filtres de synthèse présentant N0 branches et un facteur d'expansion égal à MQ , avec N0 et M0 premiers entre eux et M0 > 1 , un banc de filtres de synthèse comprenant une matrice de Fourier conjuguée FχQ et une matrice de décomposition conjuguée V^ (z) , et en ce que ladite matrice de décomposition conjuguée associée à un banc de filtres d'analyse est une matrice para-unitaire, dont certains coefficients sont forcés à zéro selon un critère prédéterminé tenant compte dudit facteur d'expansion M0 et dudit nombre de branches N0 , de façon à permettre une reconstruction parfaite desdites données source, et en ce que ledit critère prédéterminé force à zéro les coefficients de la matrice de décomposition conjuguée V (z) de taille M0 X No , selon les équations suivantes :
Figure imgf000057_0001
avec
Figure imgf000057_0002
où T correspond à l'opération de transposition, avec :
10. A device for modulating an oversampled multicarrier signal, characterized in that it comprises Δ stages, where Δ is an integer greater than or equal to 1, fed by source data, each of said stages comprising a synthesis filter bank having N 0 branches and an expansion factor equal to M Q , with N 0 and M 0 first between and M 0 > 1, a synthesis filter bank comprising a conjugate Fourier matrix Fχ Q and a conjugated decomposition matrix V ^ (z), and in that said conjugate decomposition matrix associated with a filter bank of analysis is a para-unitary matrix, some coefficients of which are forced to zero according to a predetermined criterion taking into account said expansion factor M 0 and said number of branches N 0 , so as to allow a perfect reconstruction of said source data, and in that that said predetermined criterion forces to zero the coefficients of the conjugate decomposition matrix V (z) of size M 0 X No, according to the following equations:
Figure imgf000057_0001
with
Figure imgf000057_0002
where T corresponds to the transposition operation, with:
- m un entier supérieur ou égal à 1 ; f w*lm is an integer greater than or equal to 1; f w * l
Figure imgf000057_0003
Figure imgf000057_0003
- β(k,l) un entier tel que :- β (k, l) an integer such that:
- (M,V) une paire d'entiers telle que «Mo - VN0 = 1 , avec |w| < N0 et |v| < M0 ; avec 0 ≤ £ ≤ N0 - l et 0 ≤ / ≤ M0 - l et τem(a,b) un opérateur définissant le reste de la division de a par b.- (M, V) a pair of integers such that "M o - VN 0 = 1, with | w | <N 0 and | v | <M 0 ; with 0 ≤ £ ≤ N 0 - 1 and 0 ≤ / ≤ M 0 - 1 and τem (a, b) an operator defining the remainder of the division of a by b.
11. Procédé de modulation d'un signal multiporteuse suréchantillonné, caractérisé en ce qu'il met en œuvre Δ étages, Δ étant un entier supérieur ou égal à 1, alimentés par des données source, chacun desdits étages mettant en oeuvre un filtrage de synthèse présentant N0 branches et un facteur d'expansion égal à M0 , avec N0 et M0 premiers entre eux et MQ > 1 , comprenant les étapes suivantes : multiplication par une matrice de Fourier conjuguée F^0 , - multiplication par une matrice de décomposition conjuguée V^ (z) ; et en ce que ladite matrice de décomposition conjuguée associée à un banc de filtres d'analyse est une matrice para-unitaire, dont certains coefficients sont forcés à zéro selon un critère prédéterminé tenant compte dudit facteur d'expansion MQ et dudit nombre de branches NQ , de façon à permettre une reconstruction parfaite desdites données source, et en ce que ledit critère prédéterminé force à zéro les coefficients de la matrice de décomposition conjuguée V^'' (z) de taille M0 x No » selon les équations suivantes :
Figure imgf000058_0001
où T correspond à l'opération de transposition, avec :
11. A method of modulation of an oversampled multicarrier signal, characterized in that it implements Δ stages, Δ being an integer greater than or equal to 1, powered by source data, each of said stages using a synthesis filter having N branches 0 and an expansion factor equal to M 0, N is 0 and M 0 and M coprime Q> 1, comprising the following steps: multiplication by a matrix Fourier conjugate F ^ 0 , - multiplication by a conjugate decomposition matrix V ^ (z); and in that said conjugate decomposition matrix associated with an analysis filter bank is a para-unitary matrix, some coefficients of which are forced to zero according to a predetermined criterion taking into account said expansion factor M Q and said number of branches. N Q , so as to allow a perfect reconstruction of said source data, and in that said predetermined criterion forces to zero the coefficients of the conjugate decomposition matrix V ^ '' (z) of size M 0 x No " according to the following equations :
Figure imgf000058_0001
where T corresponds to the transposition operation, with:
- m un entier supérieur ou égal à 1 ;m is an integer greater than or equal to 1;
- k) - β(k,l) ;
Figure imgf000058_0002
- k) - β (k, l);
Figure imgf000058_0002
- β(k,l) un entier tel que : ;- β (k, l) an integer such that:;
Figure imgf000058_0003
Figure imgf000058_0003
- (M, V) une paire d'entiers telle que κM0 - VN0 ≈ 1 , avec |w| < N0 et |v| < MQ ; avec 0 ≤ k ≤ NQ - I et O ≤ l ≤ MQ - I et rem(α,è) un opérateur définissant le reste de la division de a par b. - (M, V) a pair of integers such that κM 0 - VN 0 ≈ 1, with | w | <N 0 and | v | <M Q ; with 0 ≤ k ≤ N Q - I and O ≤ l ≤ M Q - I and rem (α, è) an operator defining the rest of the division of a by b.
12. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé de modulation selon la revendication 11 lorsque ledit programme est exécuté par un processeur.Computer program comprising instructions for implementing the modulation method according to claim 11 when said program is executed by a processor.
13. Système de transmission d'un signal multiporteuse suréchantillonné, caractérisé en ce qu'il comprend :13. System for transmitting an oversampled multicarrier signal, characterized in that it comprises:
- un dispositif de modulation comprenant Δ étages, Δ étant un entier supérieur ou égal à 1, alimentés par des données source, chacun desdits étages comprenant un banc de filtres de synthèse présentant N0 branches et un facteur d'expansion égal à M0 , avec N0 et M0 premiers entre eux et M0 > 1 , un banc de filtres de synthèse comprenant une matrice de Fourier conjuguée F#o et une matrice de décomposition conjuguée V (z) , ladite matrice de décomposition conjuguée associée à un banc de filtres d'analyse est une matrice para-unitaire, dont certains coefficients sont forcés à zéro selon un critère prédéterminé tenant compte dudit facteur d'expansion MQ et dudit nombre de branches NQ , ledit critère prédéterminé force à zéro les coefficients de la matrice de décomposition conjuguée V^1' (z) de taille M0 x No > selon les équations suivantes :
Figure imgf000059_0001
z~m , où T correspond à l'opération de transposition, avec :
a modulation device comprising Δ stages, Δ being an integer greater than or equal to 1, fed by source data, each of said stages comprising a synthesis filter bank having N 0 branches and an expansion factor equal to M 0 , with N 0 and M 0 prime between them and M 0 > 1, a synthesis filter bank comprising a conjugate Fourier matrix F # 0 and a conjugate decomposition matrix V (z), said conjugate decomposition matrix associated with a bench of analysis filters is a para-unitary matrix, some coefficients of which are forced to zero according to a predetermined criterion taking into account said expansion factor M Q and said number of branches N Q , said predetermined criterion forces to zero the coefficients of the conjugated decomposition matrix V ^ 1 '(z) of size M 0 x No > according to the following equations:
Figure imgf000059_0001
z ~ m , where T corresponds to the transposition operation, with:
- m un entier supérieur ou égal à 1 ;m is an integer greater than or equal to 1;
Figure imgf000059_0002
- (M,V) une paire d'entiers telle que UMQ - VN0 = 1 , avec |«| < N0 et |v| < M0 ; avec 0 ≤ k ≤ N0 - 1 et 0 ≤ / ≤ M0 - l et τem(a,b) un opérateur définissant le reste de la division de a par b, et - un dispositif de démodulation comprenant Δ étages, alimentés par des données reçues, représentatives des données source, chacun desdits étages comprenant un banc de filtres d'analyse présentant N0 branches et un facteur de décimation égal à MQ , un banc de filtres d'analyse comprenant une matrice de décomposition V^''(z) et une matrice de Fourier F^ , et en ce que ladite matrice de décomposition associée à un banc de filtres d'analyse est une matrice para-unitaire, dont certains coefficients sont forcés à zéro selon un critère prédéterminé tenant compte dudit facteur de décimation M0 et dudit nombre de branches N0 , ledit critère prédéterminé force à zéro les coefficients de la matrice de décomposition conjuguée V^ (z) de taille M0 x No > selon les équations suivantes :
Figure imgf000060_0003
où T correspond à l'opération de transposition, avec : - m un entier supérieur ou égal à 1 ;
Figure imgf000059_0002
- (M, V) a pair of integers such that UM Q - VN 0 = 1, with | «| <N 0 and | v | <M 0 ; with 0 ≤ k ≤ N 0 - 1 and 0 ≤ / ≤ M 0 - 1 and τem (a, b) an operator defining the remainder of the division of a by b, and - a demodulation device comprising Δ stages powered by received data, representative of the data source, each of said stages comprising an analysis filterbank having 0 N branches and a decimation factor equal to M Q, an analysis filter bank comprising a decomposition matrix V ^ '' (z) and a Fourier matrix F ^, and in that said decomposition matrix associated with an analysis filter bank is a para-unitary matrix, some coefficients of which are forced to zero according to a predetermined criterion taking into account said factor of decimation M 0 and said number of branches N 0 , said predetermined criterion forces the coefficients of the conjugated decomposition matrix V ^ (z) of size M 0 x No > to zero according to the following equations:
Figure imgf000060_0003
where T corresponds to the transposition operation, with: - m an integer greater than or equal to 1;
Figure imgf000060_0001
- β(k,l) un entier tel que :
Figure imgf000060_0001
- β (k, l) an integer such that:
Figure imgf000060_0002
- (w,v) une paire d'entiers telle que UMQ - VN0 =• 1 , avec |«| < N0 et |v| < M0 ; avec 0 ≤ k ≤ NQ - 1 et O s / ≤ MQ - I et τem(a,b) un opérateur définissant le reste de la division de a par b, de façon à permettre une reconstruction parfaite desdites données source.
Figure imgf000060_0002
- (w, v) a pair of integers such that UM Q - VN 0 = • 1, with | «| <N 0 and | v | <M 0 ; with 0 ≤ k ≤ N Q - 1 and O s / ≤ M Q - I and τem (a, b) an operator defining the remainder of the division of a by b, so as to allow a perfect reconstruction of said source data.
14. Dispositif de démodulation d'un signal multiporteuse suréchantillonné, mettant en œuvre un filtre prototype implémenté sous sa forme polyphasé, caractérisé en ce qu'il comprend :14. Device for demodulating an oversampled multicarrier signal, implementing a prototype filter implemented in its polyphase form, characterized in that it comprises:
- Δ bancs de filtres d'analyse, Δ étant un entier supérieur ou égal à 1, alimentés par des données reçues représentatives de données source après décimation selon un facteur de décimation Δ et application d'un retard, chacun desdits bancs de filtres d'analyse présentant N0 branches, un facteur de décimation égal à MQ , avec No et MQ premiers entre eux et MQ > 1 , une matrice de décomposition
Figure imgf000061_0001
de taille No x MQ et une matrice de Fourier F^n de taille No x No . ladite matrice de décomposition associée à un banc de filtres d'analyse étant une matrice para-unitaire, dont certains coefficients sont forcés à zéro selon un critère prédéterminé tenant compte dudit facteur de décimation MQ et dudit nombre de branches N0 ,
- Δ analysis filter banks, Δ being an integer greater than or equal to 1, fed by received data representative of source data after decimation according to a decimation factor Δ and application of a delay, each of said filter banks of analysis presenting N 0 branches, a decimation factor equal to M Q , with No and M Q prime between them and M Q > 1, a decomposition matrix
Figure imgf000061_0001
of size No x MQ and a Fourier matrix F ^ n of size No x No. said decomposition matrix associated with a bank of analysis filters being a para-unitary matrix, some coefficients of which are forced to zero according to a predetermined criterion taking into account said decimation factor M Q and said number of branches N 0 ,
- des moyens de permutation des données obtenues en sortie desdits bancs de filtres d'analyse, délivrant des données permutées, - No matrices de Fourier F^ de taille Δ x Δ , transformant lesdites données permutées en données transformées,means for permutation of the data obtained at the output of said banks of analysis filters, delivering permuted data, No Fourier matrices F ^ of size Δ x Δ, transforming said permuted data into transformed data,
- des moyens de permutation desdites données transformées, délivrant des données démodulées permettant une reconstruction parfaite desdites données source. means for permutation of said transformed data, delivering demodulated data enabling perfect reconstruction of said source data.
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