WO2011121246A2 - Procede de transmission mis en œuvre par un nœud d'un systeme de communications cooperatif compose d'une pluralite de nœuds - Google Patents

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    • H04L2001/0097—Relays

Definitions

  • the invention relates to the general field of telecommunications
  • nodes of a wireless telecommunications network such as a mobile network or a sensor network.
  • nodes are for example relays of a cellular network or an adhoc network, sensors of a network of sensors, etc.
  • the invention thus applies in a privileged manner in the context of a data transmission distributed over several antenna nodes of a network, each node of the network having at least one transmitting antenna.
  • Asynchronous communications are here understood to mean exchanges of data between a plurality of transmitting nodes and at least one receiving node having temporal offsets with respect to each other, these shifts being able to result from a delay in transmission and / or to receiving the data, and / or being introduced by the propagation channel that the data borrow between the transmitting nodes and the receiving node (s)).
  • Multi-antenna or MIMO Multiple Input Multiple Output
  • space-time codes or space-time codes
  • Spatio-temporal coding is based on multiplexing time (i.e. over several symbols) and space (i.e. over several antennas) of the data to be transmitted.
  • These codes make it possible to exploit the gains of multiplexing (increase of the information flow and thus of the efficiency of the system) and diversity of the MIMO systems. Examples of such codes are described in particular in the document by V. Tarokh et al, entitled “Space-Time Codes for High Data Rates Wireless Communication: Performance Criterion and Code Construction", IEEE Transactions on Information Theory, vol. 44, March 1998.
  • a spatio-temporal code is defined by a matrix B of dimensions
  • each code word of the spatio-temporal code is defined by the matrix B.
  • the efficiency of a code is equal to the number of distinct symbols that can be transmitted using a channel.
  • the maximum code efficiency is equal to the minimum between the number of transmit antennas M and the number of receive antennas N of the MIMO system.
  • the criterion of the rank of the code which makes it possible to reach a maximum diversity, this being equal to the product of the number of transmit antennas M by the number of reception antennas N of the MIMO system;
  • TAST2003 proposes a layered algebraic space-time code, making it possible to reach maximum diversity and maximum efficiency when the transmit antennas transmit the code words synchronously.
  • This optimal code is also known as TAST code ("Threaded Algebraic Space-Time").
  • TAST code Threadeaded Algebraic Space-Time
  • the TAST coding proposes to associate a distinct algebraic subspace with each layer of the code (denoted by 1, 2, 3 and 4 respectively in FIG. to make the layers "transparent" to each other.
  • Each layer is constructed to exploit all the spatio-temporal diversity of the system.
  • T s each layer emits a symbol using a different antenna: all the layers are therefore equivalent in terms of channel utilization and the spatial interference observed by one layer only comes from the other layers.
  • Examples of algebraic subspaces to ensure maximum diversity and maximum TAST code efficiency when transmitting antennas transmit synchronously are described in more detail in TAST2003.
  • Asynchronous spatio-temporal codes robust to the loss of synchronization between the antennas of a cooperative system, have been proposed by Scott et al. in the document entitled "Delay-Toferant Distributed TAST Codes for Cooperative Diversity", IEEE Transactions on Information Theory, vol. 53, October 2007 (hereinafter referred to as Scott2007).
  • These codes are based on the previously described TAST codes in which certain symbols are repeated, the purpose being to protect the different versions of the same symbol when delays exist between the antennas. In this way, it is ensured that the maximum diversity of the TAST code is maintained in the presence of certain delays between the antennas.
  • the matrix F is obtained by rearranging the columns of an initial matrix formed by the concatenation of B sub-matrices (matrices C lf C2, ..., CB,) of dimensions MxT.
  • Each sub-matrix defines a linear dispersion code.
  • Applied reorganization brings together the B's. identical index columns of the B sub-matrices concatenated.
  • a guard interval of size D is further inserted between each block of B columns thus joined, hence the dimensions Mx [T (B + D)] of the resulting matrix.
  • This method operates with an arbitrary relative propagation delay while maintaining maximum spatial diversity provided that a guard interval is sufficient to suppress the interference between F blocks, which is to the detriment of the bit rate.
  • the invention proposes a new construction of space-time codes particularly well adapted to asynchronous cooperative communications implemented in a distributed communications network.
  • This new construction relies on the concatenation and permutation of the columns of the matrices of a plurality of algebraic space-time codes with layers, so as to reach, even in an asynchronous context, maximum diversity and maximum efficiency.
  • the invention is directed to a transmission method implemented by a node of a cooperative communications system composed of a plurality of nodes, this method comprising a step of transmitting at least one frame of T symbols by said node, this frame corresponding to a row of a matrix Y defining a word of a space-time code.
  • the transmission method according to the invention is remarkable in that the matrix
  • Y is of dimensions MxT, M being greater than 2, and results from the application of a permutation ⁇ on the columns of an initial matrix X formed by concatenation of L (L> 1) subarrays Xp of
  • the invention also relates to a node of a cooperative communications system composed of a plurality of nodes, this node comprising means for transmitting at least one frame of T symbols corresponding to a line of a matrix Y defining a word a spatio-temporal code.
  • this node is remarkable in that the matrix
  • Y is of dimensions MxT, M being greater than 2, and results from the application of a permutation ⁇ on the columns of an initial matrix X formed by concatenation of L sub-matrices Xp of
  • the dimensions M and T of the spatio-temporal code will of course be chosen according to the constraints of the communications system, and in particular of the desired frame size, the number of nodes of the cooperative system, the number of antennas per node, etc.
  • the permutation applied to the columns of the matrix X advantageously makes it possible to space the symbols belonging to the same layer of an algebraic code and transmitted by distinct nodes of the cooperative system.
  • the code is more robust in the event of delay of an antenna of a node relative to an antenna of another node since it limits the interference between the symbols of the same layer resulting from this delay.
  • the invention does not require the addition or repetition of symbols: it thus makes it possible to maintain the maximum efficiency provided by the concatenation of the TAST codes.
  • the symbols belonging to the same layer of an algebraic spatio-temporal code defined by one of the sub-matrices Xp and intended to be transmitted by distinct nodes of the cooperative system will be spaced apart by a given number of symbols greater than 1.
  • symbols belonging to the same layer and transmitted by distinct nodes of the cooperative system will be transmitted at times spaced from each other. at least two symbol times (for example at T0 and T0 + 2xT s ).
  • This maximum relative delay will be at least equal to the number of symbols separating the symbols of the same layer minus one.
  • each layer is spaced from a symbol between two successive antennas, regardless of the number of layers and antennas), we will ensure a maximum spacing between the symbols of the same layer for all the algebraic codes constituting the matrix X, and therefore a maximum delay tolerated by the cooperative system without loss of diversity.
  • This maximum relative delay is then, in this particular case, equal to L-1 between two successive antennas.
  • the number L can be chosen greater than this delay, which guarantees maximum diversity.
  • the matrix Y will result for example from the application on the matrix X of the permutation ⁇ defined by:
  • X mn and y mn respectively designating the components located at the m-th line and the n-th column of matrices X and Y.
  • the invention is directed to a communication method implemented by a cooperative communications system composed of a plurality of nodes, this method comprising the transmission of at least one frame of T symbols by each node of the system in accordance with to a transmission method according to the invention, each node transmitting at least one distinct line of a word of the spatio-temporal code defined by the matrix Y of dimensions MxT, M being greater than 2.
  • the invention also relates to a cooperative communications system comprising a plurality of nodes, each node of the system being in accordance with the invention and transmitting at least one distinct line of a word of the spatio-temporal code defined by the matrix Y of dimensions MxT, M being greater than 2.
  • the spatio-temporal code proposed by the invention makes it possible to benefit from a maximum diversity of cooperation in distributed wireless telecommunications networks, without first synchronizing the nodes of the network with each other.
  • the invention provides a reception method comprising:
  • the spatio-temporal code is defined by a matrix Y of dimensions MxT, resulting from the application of a permutation ⁇ on the columns of an initial matrix X formed
  • sub-matrix Xp defining an algebraic spatio-temporal code with layers.
  • the invention also provides a reception device comprising:
  • the spatio-temporal code is defined by a matrix Y of dimensions MxT resulting from the application of a permutation ⁇ on the columns of an initial matrix X formed
  • sub-matrix Xp defining an algebraic spatio-temporal code with layers.
  • This method and this reception device thus make it possible to decode the frames transmitted according to the transmission method and the communication method according to the invention.
  • the various steps of the transmission method are determined by computer program instructions.
  • the invention also relates to a computer program on an information medium, this program being capable of being implemented in a node of a cooperative communications system or more generally in a computer, this program comprising instructions adapted to the implementation of the steps of a transmission method as described above.
  • This program can use any programming language, and be in the form of source code, object code, or intermediate code between source code and object code, such as in a partially compiled form, or in any other form desirable shape.
  • the invention also relates to a computer-readable information medium, comprising instructions of a computer program as mentioned above.
  • the information carrier may be any entity or device capable of storing the program.
  • the medium may comprise storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or a magnetic recording medium, for example a floppy disk or a disk. hard.
  • the information medium may be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, which may be conveyed via an electrical or optical cable, by radio or by other means.
  • the program according to the invention can be downloaded in particular on an Internet type network.
  • the information carrier may be an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the method in question.
  • the transmission method, the communication method, the reception method, the node, the cooperative system and the receiving device according to the invention present in combination all or part of aforementioned characteristics.
  • FIGS. 2A-2B and 3A-3B show examples of space-time codes constructed according to the invention and used in the transmission and communication methods according to the invention
  • FIG. 4 schematically represents a first example of a cooperative system according to the invention
  • FIG. 5 shows a hardware architecture of a node according to the invention, in a particular embodiment
  • FIG. 6 represents an example of a hardware architecture of a reception device according to the invention, in a particular embodiment.
  • FIG. 7 shows schematically a second example of a cooperative system according to the invention and involving relays.
  • the invention proposes a new construction of space-time codes that can be used in the context of cooperative communications and to guarantee maximum diversity and maximum code performance without prior synchronization of the nodes of the cooperative system with each other.
  • the invention applies equally to synchronous or asynchronous cooperative communications originating from the antennas of the nodes of the system.
  • This new construction is based on the concatenation and permutation of matrix columns of a plurality of algebraic spatio-temporal layered codes.
  • a so-called initial matrix X of dimensions MxT is first constructed by concatenating L (sub) matrices Xp of dimensions
  • Each matrix Xp defines an algebraic spatio-temporal code with layers Cp (ie Cp is a TAST code).
  • Cp is a TAST code
  • the code Cp consists of several layers (See Figure 1), each layer being associated with a separate algebraic subspace so as to allow in reception a perfect suppression of the interference related to other layers.
  • a given constellation eg PSK, QAM, etc.
  • the TAST code defined by the matrix X c below is optimal in the sense that it allows to reach a maximum diversity (equal to 3N, N denoting the number of receiving antennas of the system and a full yield (equal to min (3, N)):
  • the Cp codes considered will be optimal TAST codes of maximum diversity and full yield. For the sake of simplification, it will be limited to one symbol per layer, each layer being spaced apart from one symbol between two successive antennas. However, the invention also applies when the layers of the TAST codes comprise several symbols and at different arrangements of the layers.
  • a permutation ⁇ defined by:
  • the columns of the sub-matrices XI,..., XL, of the second column up to the tth column are classified, one after the other, as was done for the first columns.
  • This matrix defines a spatio-temporal code C of dimensions MxT constructed in accordance with the invention.
  • the permutation ⁇ applied to the columns of the matrix X has made it possible, for each algebraic code Cp, to separate from L symbols the symbols belonging to the same layer of this code and intended to be transmitted by successive successive antennas. In other words, each symbol belonging to the same layer of the code Cp will be transmitted by successive successive antennas at times spaced from L symbol time.
  • FIGS. 2A-2B and 3A-3B illustrate examples of space-time code matrices constructed using the invention and the permutation ⁇ .
  • Each code Cl ', C2', C3 ' has the following layered structure:
  • the layers 1, 2 and 3 denote the layers of the matrix XI 'of the code C1';
  • the layers 4, 5 and 6 denote the layers of the matrix X2 'of the code C2';
  • the layers 7, 8 and 9 denote the layers of the matrix X3 'of the code C3', the layers 1-9 being constituted here of a single symbol each.
  • FIG. 2B represents the matrix Y 'obtained after applying the permutation ⁇ defined previously to the matrix X'.
  • Each code C1 "and C2" has the layer structure shown in Figure 1. In other words:
  • the layers 1, 2, 3 and 4 denote the layers of the matrix XI "of the code C1";
  • the layers 5, 6, 7 and 8 denote the layers of the matrix X2 "of the code C2";
  • FIG. 3B represents the matrix Y "obtained after applying the permutation ⁇ defined previously to the matrix X".
  • FIG. 4 represents, in its environment, a cooperative system I of a telecommunications network according to the invention, in a particular embodiment.
  • the telecommunications network is for example a cellular mobile network, or a network of sensors, or an adhoc network, etc.
  • the cooperative system I is composed of M nodes Al, A2, AM, according to the invention.
  • M denotes an integer strictly greater than 2.
  • M 2.
  • the nodes A1, A2, AM are for example mobile terminals or base stations when the communications network is a cellular mobile network.
  • other types of nodes can be considered, for example sensors according to the nature of the network in question.
  • nodes have here the hardware architecture of a computer shown in FIG. 5. They notably comprise a processor 10, a random access memory 11, a read-only memory 12, and a non-volatile memory 13. Each node is also provided with means 14 communication network for transmitting signals on the communication network to other equipment. These communication means comprise in this particular example a single transmitting antenna.
  • each node Ai constitutes a recording medium according to the invention, readable by the processor 10 and on which is recorded a computer program according to the invention, comprising instructions for executing the steps. of a transmission method according to the invention.
  • the cooperative system I uses in a distributed manner the spatio-temporal code C defined by the matrix Y.
  • the node A1 transmits a coded frame according to the first line of the matrix Y
  • the node A2 transmits a coded frame according to the second line of the matrix Y
  • the node AM transmits a coded frame in accordance with the -th line of the matrix Y.
  • the frames of symbols transmitted by the nodes Al, A2, ..., AM arrive respectively with a time shift ⁇ , ⁇ 2, ..., ⁇ at the receiving device D.
  • the nodes Al, A2, ..., AM not being necessarily synchronized, the offsets ⁇ , ⁇ 2, ..., ⁇ can be distinct.
  • the device D is a reception device according to the invention. It has here the hardware architecture of a computer as represented in FIG. 6, and notably comprises a processor 20, a random access memory 21, a read only memory 22, and a non-volatile memory 23.
  • the reception device D is also equipped with communication means 24 enabling it to receive signals transmitted on the communication network by other equipment. These communication means here comprise N receiving antennas.
  • the read-only memory 22 of the receiving device constitutes a recording medium in accordance with the invention, readable by the processor 20 and on which is recorded a computer program according to the invention, comprising instructions for executing the steps. of a reception method according to the invention. ⁇
  • the matrix CRx of the frames (ie of the codeword) received on each receiving antenna of the device D can thus be written in the following form:
  • yi j denotes the coded symbol of the matrix Y situated at the intersection of the i-th row and the j-th column, and 0 ⁇
  • represents a zero vector of size ⁇ , Ai, i 2, ..., M denoting the relative delay ⁇ - ⁇ of the frame transmitted by the node Ai with respect to the frame transmitted by the node Al.
  • This maximum diversity will be guaranteed as long as symbols belonging to the same layer of an algebraic code Cp and issued by separate antennas (ie here by distinct nodes) do not arrive at the same time at the receiving device D, in order to avoid any interference between the layers. It is thus possible to define a profile of relative delays between the nodes Al, A2,..., AM making it possible to maintain maximum diversity.
  • the second relative delay can take the values -2,, 0, 1, 2;
  • the second relative delay can take the values -1, 0, 1, 2;
  • the second relative delay can take the values -2, -1, 0, 1;
  • the second relative delay can take the values 0, 1, 2;
  • the second relative delay can take the values -2, -1, 0;
  • the relative delays ( ⁇ 2, ⁇ 3) can also take the values (-1, -3), (-2, -4), (3.1) and (4.2).
  • the relative time profiles ( ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4) expressed in multiples of the symbol time, for which the full diversity of 4xN is preserved are: (0, 0, 0), (0, -1, 0), (0, 1, 0), (0, 0, -1), (0,
  • FIG. 7 illustrates a second example of a cooperative system according to the invention.
  • the cooperative system ⁇ is here a relay system, comprising a source S, M relay RI, R2, ..., RM (M> 2) and a receiving device D.
  • the transmission of the signal from the source S to the receiving device D is carried out in two phases cpl and ⁇ 2.
  • the source broadcasts a message to the relay RI, R2, ... RM, in a conventional manner.
  • the relays R1, R2, RM use a protocol "Decode-and-For ard" (DT), known per se, to simultaneously relay the signal received from the source S to the recipient D ( source S does not emit during phase q> 2).
  • DT Decode-and-For ard
  • Relays R1, R2, RM being intended to transmit simultaneously, they implement in a distributed manner a space-time code C constructed in accordance with the invention.
  • each relay Ri, i 1,...,
  • the relays R1, R2,..., RM thus behave like the nodes A1, A2, AM of the cooperative system I represented in FIG. 6: the transmission and the transmission schemes. described in Figure 6 and the construction of space-time codes according to the invention described with reference to Figures 2 to 5 being the same as for the cooperative system I, they are not redescribed here.
  • each node is equipped with a single transmitting antenna, so that M nodes are used to transmit the M lines of a spatio-temporal code word defined by the matrix Y.
  • nodes can be equipped with several transmit antennas, each node can then transmit several lines (ie as many as transmit antennas) of the matrix Y.

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Abstract

Conformément à l'invention, le procédé comprend une étape d'émission d'au moins une trame de T symboles par un nœud (A1-AM) d'un système de communications coopératif composé d'une pluralité de noeuds, cette trame correspondant à une ligne d'une matrice Y définissant un mot d'un code spatio-temporel, La matrice Y est de dimensions MxT, M étant supérieur à 2, et résulte de l'application d'une permutation σ sur les colonnes d'une matrice initiale X formée par concaténation de L sous-matrices Xp de dimensions MxTp, p=1,...,L, et Formule (I), chaque sous-matrice Xp définissant un code spatio-temporel algébrique à couches.

Description

Procédé de transmission mis en oeuvre par un noeud d'un système de communications coopératif composé d'une pluralité de nœuds
Arrière-plan de l'invention
l'invention se rapporte au domaine général des télécommunications,
Elle concerne plus particulièrement l'utilisation de codes spatio-temporels dans le cadre de communications coopératives asynchrones mises en œuvre par une pluralité de nœuds d'un réseau de télécommunications sans fil, tel qu'un réseau mobile ou un réseau de capteurs. Ces nœuds sont par exemple des relais d'un réseau cellulaire ou d'un réseau adhoc, des capteurs d'un réseau de capteurs, etc.
L'invention s'applique ainsi de façon privilégiée dans le cadre d'une transmission de données distribuée sur plusieurs antennes de nœuds d'un réseau, chaque nœud du réseau disposant d'au moins une antenne d'émission.
On entend ici par communications asynchrones des échanges de données entre une pluralité de nœuds émetteurs et au moins un nœud récepteur présentant des décalages temporels les uns par rapport aux autres, ces décalages pouvant résulter d'un retard à l'émission et/ou à !a réception des données, et/ou être introduits par le canal de propagation qu'empruntent les données entre les nœuds émetteurs et le(s) nœud(s) récepteurs).
De façon connue, les communications au sein d'un réseau sans fil souffrent, du fait de la nature même du canal de propagation par lequel transitent les données échangées pendant ces communications, du phénomène d'évanouissement ou « fading » en anglais. Ce phénomène peut se traduire par une atténuation importante du signal au cours de sa transmission jusqu'à sa destination.
Une technique efficace pour compenser ce phénomène est l'introduction de diversité dans le système de communications. Il s'agit par ce biais de disposer de plusieurs répiiques du signal subissant des évanouissements indépendants du canal de propagation : .une combinaison appropriée de ces répliques permet alors de réduire les effets néfastes du canal de propagation. Cette diversité peut être introduite à différents niveaux, comme par exemple au niveau spatial, temporel et/ou fréquentiel.
La diversité spatiale peut être créée en transmettant des signaux depuis différentes antennes d'émission, permettant ainsi au récepteur de recevoir des signaux ayant subi des évanouissements indépendants depuis ces antennes d'émission. Les systèmes multi-antennes ou MIMO (Multiple Input Multiple Output), basés par exemple sur des codes spatio-temporels (ou codes espace-temps) exploitent la diversité spatiale, mais supposent que les antennes multiples soient colocalisées sur un même nœud en émission et/ou en réception.
Or, dans le contexte d'un réseau cellulaire par exemple, s'il est possible d'envisager plusieurs antennes sur une même station de base, ceci semble plus difficile au niveau des terminaux, pour des raisons notamment d'encombrement, de coût et d'implémentation matérielle. La mise en œuvre de communications dites coopératives permet à des terminaux ne disposant que d'une .seule-antenne de bénéficier de diversité spatiale : on parle alors de diversité de coopération. Plus précisément, dans un système coopératif constitué de plusieurs noeuds monoantennes, les nœuds partagent leurs antennes respectives de façon à créer un système MIMO virtuel. Le système MIMO virtuel ainsi obtenu peut alors exploiter, de façon distribuée sur les nœuds, les techniques classiquement utilisées pour améliorer la qualité des transmissions telles que notamment le codage spatio-temporel.
Le codage spatio-temporel s'appuie sur un multiplexage en temps (i.e. sur plusieurs symboles) et en espace (i.e. sur plusieurs antennes) des données à transmettre. Ces codes permettent d'exploiter les gains de multiplexage (augmentation du débit d'information et donc du rendement du système) et de diversité des systèmes MIMO. Des exemples de tels codes sont décrits notamment dans le document de V. Tarokh et al,, intitulé « Space-Time Codes for High Data Rate Wireless Communication: Performance Criterion and Code Construction », IEEE Transactions on Information Theory, vol. 44, Mars 1998.
De façon connue, un code spatio-temporel est défini par une matrice B de dimensions
MxT, M désignant le nombre d'antennes en émission. Chaque ligne bi i=l,..,M, de la matrice B est constituée de T symboles by et transmise sur l'antenne d'émission i, le symbole ba étant émis à l'instant jTs (Ts désignant un temps symbole). Ainsi, chaque mot de code du code spatio-temporel est défini par la matrice B.
Le rendement d'un code est égal au nombre de symboles distincts qu'on peut transmettre par utilisation de canal. Le rendement maximal du code est égal au minimum entre le nombre d'antennes d'émission M et le nombre d'antennes de réception N du système MIMO.
L'étude des performances théoriques des codes spatio-temporels permet de déduire deux critères de construction associés à la matrice B :
- le critère du rang du code, qui permet d'atteindre une diversité maximale, celle-ci étant égale au produit du nombre d'antennes d'émission M par le nombre d'antennes de réception N du système MIMO ; et
- le critère du déterminant du code, qui permet d'atteindre un gain de codage maximal.
Le document de El Gamal et ai., intitulé « Universal Space-Time Coding », IEEE Transactions on Information Theory, vol. 49, Mai 2003 (référencé ci-après par TAST2003), propose un code spatio-temporel algébrique à couches, permettant d'atteindre une diversité maximale et un rendement maximal lorsque les antennes d'émission émettent de façon synchrone les mots de code. Ce code optimal est également connu sous le nom de code TAST (« Threaded Algebraic Space-Time »). Un exemple de code TAST optimal pour M=4 antennes d'émission est illustré sur la figure 1 : ce code est construit à partir de W=4 couches, chaque couche pouvant être constituée d'un ou de plusieurs symboles.
Plus précisément, le codage TAST propose d'associer un sous-espace algébrique distinct à chaque couche du code (désignée respectivement par 1, 2, 3 et 4 sur la figure 1), de façon à rendre « transparentes » les couches les unes par rapport aux autres. Chaque couche est construite de façon à exploiter toute la diversité spatio-temporelle du système. Ainsi, pendant chaque temps symbole Ts, chaque couche émet un symbole en utilisant une antenne différente : toutes les couches sont donc équivalentes en terme d'utilisation du canal et l'interférence spatiale observée par une couche ne provient que des autres couches. Des exemples de sous-espaces algébriques permettant de garantir une diversité maximale et un rendement maximal du code TAST lorsque les antennes d'émission transmettent de façon synchrone, est décrit plus en détails dans le document TAST2003.
Toutefois, ces propriétés en termes de diversité maximale et de rendement maximal des codes TAST sont perdues en présence d'un décalage temporel entre les antennes d'émission. Or, dans les systèmes coopératifs, lorsque les antennes d'émission sont distribuées sur plusieurs nceuds, il n'est pas toujours possible de garantir qu'elles transmettent de façon synchronisée, du fait notamment d'imperfections liées aux méthodes de synchronisation utilisées, du coût ou de la complexité de ces méthodes, ou encore de retards dus à la nature des nceuds. Ce manque de synchronisation entre les antennes détruit ia structure des codes spatio-temporels distribués et entraîne la perte de leurs propriétés optimales (notamment en termes de rang et de déterminant).
Des codes spatio-temporels asynchrones, robustes à la perte de synchronisation entre les antennes d'un système coopératif, ont été proposés par Damen et ai. dans le document intitulé « Delay-Toferant Distributed TAST Codes for Coopérative Diversity », IEEE Transactions on Information Theory, vol. 53, Octobre 2007 (ci-après référencé par Damen2007). Ces codes sont basés sur les codes TAST précédemment décrits dans lesquels certains symboles sont répétés, le but étant de protéger les différentes versions du même symbole lorsque des délais existent entre les antennes. De cette sorte, on s'assure que la diversité maximale du code TAST est conservée en présence de certains délais entre ies antennes.
Toutefois, si la diversité maximale est garantie, la répétition des symboles augmente la taille du code, et de ce fait entraîne une diminution du rendement du code. Les codes proposés par Damen et al. ne garantissent donc pas un rendement maximal.
Le document « Asynchronous Coopérative IMa Systems using a linear dispersion structure », IEEE Trans. On Vehicular Technology, vol. 59 n°2, 1er février 2010) de Nan Wu et al., est relatif à un système de communications coopératif asynchrone utilisant des codes spatiotemporels basés sur une structure à dispersion linéaire. Il décrit un procédé de transmission mis en oeuvre par un noeud d'un système de communications coopératif composé d'une pluralité de noeuds comprenant une étape d'émission d'au moins une trame de T(B+D) symboles par ce noeud. Cette trame correspond à une ligne d'une matrice F de dimensions Mx[T(B+D)], M>2, définissant un mot d'un code spatio-temporel (F=[Fi, F2,...,FT]). La matrice F est obtenue en réorganisant les colonnes d'une matrice initiale formée par la concaténation de B sous-matrices (matrices Clf C2, ... ,CB,) de dimensions MxT. Chaque sous-matrice définit un code à dispersion linéaire. La réorganisantion appliquée réunit les B . colonnes d'indice identique des B sous-matrices concaténées. Un intervalle de garde de taille D est en outre inséré entre chaque bloc de B colonnes ainsi réunies d'où les dimensions Mx[T(B+D)] de la matrice résultante. Ce procédé fonctionne avec un délai relatif de propagation arbitraire tout en maintenant une diversité spatiale maximale sous condition d'inserér un intervalle de garde suffisant pour supprimer l'interférence entre blocs F, ce qui est au détriment du débit.
Objet et résumé de l'invention
L'invention propose une nouvelle construction de codes spatio-temporels particulièrement bien adaptés aux communications coopératives asynchrones mises en œuvre dans un réseau de communications distribué. Cette nouvelle construction s'appuie sur la concaténation et la permutation des colonnes des matrices d'une pluralité de codes spatio-temporels algébriques à couches, de sorte à atteindre, y compris dans un contexte asynchrone, une diversité maximale et un rendement maximal.
Ainsi, selon un premier aspect, l'invention vise un procédé de transmission mis en œuvre par un nœud d'un système de communications coopératif composé d'une pluralité de nœuds, ce procédé comprenant une étape d'émission d'au moins une trame de T symboles par ledit nœud, cette trame correspondant à une ligne d'une matrice Y définissant un mot d'un code spatio-temporel. Le procédé de transmission selon l'invention est remarquable en ce que la matrice
Y est de dimensions MxT, M étant supérieur à 2, et résulte de l'application d'une permutation σ sur les colonnes d'une matrice initiale X formée par concaténation de L (L>1) sous-matrices Xp de
L
dimensions MxTp, p=l,...,L, et TTp = T, chaque sous-matrice Xp définissant un code spatio- p=i
temporel algébrique à couches.
Corrélativement, l'invention vise également un nœud d'un système de communications coopératif composé d'une pluralité de nœuds, ce nœud comprenant des moyens pour émettre au moins une trame de T symboles correspondant à une ligne d'une matrice Y définissant un mot d'un code spatio-temporel. Conformément à l'invention, ce nœud est remarquable en ce que la matrice
Y est de dimensions MxT, M étant supérieur à 2, et résulte de l'application d'une permutation σ sur les colonnes d'une matrice initiale X formée par concaténation de L sous-matrices Xp de
L
dimensions MxTp, p=l,...,L, et∑Tp = T, chaque sous-matrice Xp définissant un code spatio- p=l
temporel algébrique à couches.
Les dimensions M et T du code spatio-temporel seront bien entendu choisies en fonction des contraintes du système de communications, et notamment de la taille des trames souhaitée, du nombre de nœuds du système coopératif, du nombre d'antennes par nœud, etc.
La concaténation de codes TAST optimaux en termes de rendement et de diversité, combinée à l'application d'une permutation sur les colonnes de la matrice résultant de cette concaténation, permet de garantir qu'une diversité maximale est conservée pour certains profils de délais entre les antennes des nœuds du système coopératif, et ce non seulement lors d'une transmission synchrone des mots du code spatio-temporel construit selon l'invention, mais également lors d'une transmission asynchrone. Par profil de délais, on entend ici les retards relatifs entre les symboles transmis par les M antennes du système de communications coopératif.
En effet, la permutation appliquée sur les colonnes de la matrice X permet avantageusement d'espacer les symboles appartenant à une même couche d'un code algébrique et transmis par des noeuds distincts du système coopératif. De cette sorte, ie code est plus robuste en cas de retard d'une antenne d'un n ud par rapport à une antenne d'un autre nœud puisqu'on limite l'interférence entre les symboles d'une même couche résultant de ce retard.
En outre, l'invention ne nécessite pas d'ajout ni de répétition de symboles : elle permet de ce fait de conserver le rendement maximal assuré par la concaténation des codes TAST.
On notera que les délais ainsi que le nombre de profils de délais tolérés par l'invention sans perte de diversité dépendent du nombre L de codes algébriques concaténés ainsi que du choix de la permutation.
Ainsi préférentiellement, dans la matrice Y, les symboles appartenant à une même couche d'un code spatio-temporel algébrique défini par l'une des sous-matrices Xp et destinés à être transmis par des nœuds distincts du système coopératif (et donc appartenant à des lignes distinctes de la sous-matrice Xp) seront espacés d'un nombre de symboles déterminé supérieur à 1. Autrement dit, des symboles appartenant à une même couche et transmis par des nœuds distincts du système coopératif seront transmis à des instants espacés d'au moins deux temps symbole (par exemple à T0 etT0+2xTs).
De ce nombre de symboles dépendra avantageusement le délai relatif maximal entre les antennes toléré par l'invention, c'est-à-dire, garantissant une diversité maximale du code spatio-temporel. Ce délai relatif maximal sera au moins égal au nombre de symboles séparant les symboles d'une même couche moins un.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux dans lequel TP=T/L, p=l,. ce nombre de symboles sera choisi égal à L.
De cette sorte, pour des codes algébriques en couches ayant une structure similaire au code représenté sur la figure 1 (i,e., chaque couche est espacée d'un symbole entre deux antennes successives, quel que soit le nombre de couches et d'antennes), on s'assurera un espacement maximal entre les symboles d'une même couche pour l'ensemble des codes algébriques constituant la matrice X, et donc un délai maximal toléré par le système coopératif sans perte de diversité. Ce délai relatif maximal est alors, dans ce cas particulier, égal à L-l entre deux antennes successives. Lorsque le délai relatif maximal est connu, le nombre L peut être choisi supérieur à ce délai, ce qui garantie une diversité maximale.
Dans ce mode de réalisation, la matrice Y résultera par exemple de l'application sur la matrice X de la permutation σ définie par :
Figure imgf000008_0001
Xm n et y m n désignant respectivement les composantes situées à la m-ième ligne et à la n-ième colonne des matrices X et Y.
. On notera par ailleurs que l'augmentation du nombre L de codes algébriques concaténés permet également d'augmenter le nombre de profils de délais pour lesquels la diversité reste maximale, ainsi que les délais maximaux toiérés.
Selon un deuxième aspect, l'invention vise un procédé de communication mis en œuvre par un système de communications coopératif composé d'une pluralité de nœuds, ce procédé comprenant la transmission d'au moins une trame de T symboles par chaque nœud du système conformément à un procédé de transmission selon l'invention, chaque nœud transmettant au moins une ligne distincte d'un mot du code spatio-temporel défini par la matrice Y de dimensions MxT, M étant supérieur à 2.
Corrélativement, l'invention vise également un système de communications coopératif comprenant une pluralité de nœuds, chaque nœud du système étant conforme à l'invention et transmettant au moins une ligne distincte d'un mot du code spatio-temporel défini par la matrice Y de dimensions MxT, M étant supérieur à 2.
Ainsi, le code spatio-temporel proposé par l'invention permet de bénéficier d'une diversité de coopération maximale dans des réseaux de télécommunications sans fil distribués, sans réaliser de synchronisation préalable des nœuds du réseau entre eux.
Selon un troisième aspect, l'invention vise un procédé de réception comprenant :
- une étape de réception d'au moins une trame résultant de la transmission de M trames de T symboles par une pluralité de nœuds d'un système de communications coopératif, M étant supérieur à 2 ; et
- une étape de décodage de ladite au moins une trame reçue en utilisant un décodeur apte à décoder un mot d'un code spatio-temporel.
Conformément à l'invention le code spatio-temporel est défini par une matrice Y de dimensions MxT, résultant de l'application d'une permutation σ sur les colonnes d'une matrice initiale X formée
L
par concaténation de L sous-matrices Xp de dimensions MxTp, p=l,...,L, et^Tp =T, chaque p=l
sous-matrice Xp définissant un code spatio-temporel algébrique à couches.
Corrélativement, l'invention vise aussi un dispositif de réception comprenant :
- des moyens de réception d'au moins une trame résultant de la transmission de M trames de T symboles par une pluralité de nœuds d'un système de communications coopératif, M étant supérieur à 2 ; et
- des moyens de décodage de ladite au moins une trame reçue en utilisant un décodeur apte à décoder un mot d'un code spatio-temporel. Conformément à l'invention, le code spatio-temporel est défini par une matrice Y de dimensions MxT résultant de l'application d'une permutation σ sur les colonnes d'une matrice initiale X formée
L
par concaténation de L sous-matrices Xp de dimensions MxTp, p=l,...,L, et^Tp = T , chaque
p=l
sous-matrice Xp définissant un code spatio-temporel algébrique à couches.
Ce procédé et ce dispositif de réception permettent ainsi de décoder les trames émises selon le procédé de transmission et le procédé de communication selon l'invention.
Dans un mode particulier de réalisation, les différentes étapes du procédé de transmission sont déterminées par des instructions de programmes d'ordinateurs.
En conséquence, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en œuvre dans un nœud d'un système de communications coopératif ou plus généralement dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en œuvre des étapes d'un procédé de transmission tel que décrit ci-dessus.
Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.
L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur, et comportant des instructions d'un programme d'ordinateur tel que mentionné ci-dessus.
Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy dise) ou un disque dur.
D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.
Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.
On peut également envisager, dans d'autres modes de réalisation, que le procédé de transmission, le procédé de communication, le procédé de réception, le nœud, le système coopératif et le dispositif de réception selon l'invention présentent en combinaison tout ou partie des caractéristiques précitées. Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de ia présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les Figures :
- la figure 1, déjà décrite, représente de façon schématique un code TAST optimal pour M=4 antennes constitué de P=4 couches ;
- les figures 2A-2B et 3A-3B représentent des exemples de codes spatio-temporels construits conformément à l'invention et utilisés dans les procédés de transmission et de communication selon l'invention ;
- la figure 4 représente, de façon schématique, un premier exemple de système coopératif conforme à l'invention ;
- la figure 5 représente un exempte d'architecture matérielle d'un nœud conforme à l'invention, dans un mode particulier de réalisation ;
- la figure 6 représente un exemple d'architecture matérielle d'un dispositif de réception conforme à l'invention, dans un mode particulier de réalisation ; et
- la figure 7 représente, de façon schématique, un second exemple de système coopératif conforme à l'invention et impliquant des relais.
Description détaillée d'un mode de réalisation
Comme mentionné précédemment, l'invention propose une nouvelle construction de codes spatio-temporels pouvant être utilisés dans le cadre de communications coopératives et permettant de garantir une diversité maximale et un rendement maximal du code sans synchronisation préalable des nœuds du système coopératif entre eux. Ainsi, l'invention s'applique indifféremment à des communications coopératives synchrones ou asynchrones en provenance des antennes des nœuds du système.
Cette nouvelle construction s'appuie sur la concaténation et la permutation des colonnes des matrices d'une pluralité de codes spatio-temporels algébriques à couches.
Plus précisément, conformément à l'invention, on construit dans un premier temps une matrice dite initiale X de dimensions MxT, en concaténant L (sous-)matrices Xp de dimensions
L
MxTp, p=l,...,L, vérifiant τρ = T, L étant supérieur à 1. Par souci de simplification, dans la suite de la description, on supposera que Tp=t=T/L, quel que soit p=l,...,L,
Chaque matrice Xp définît un code spatio-temporel algébrique à couches Cp (i.e. Cp est un code TAST). Comme décrit précédemment, le code Cp est constitué de plusieurs couches (cf. figure 1), chaque couche étant associée à un sous-espace algébrique distinct de sorte à permettre en réception une parfaite suppression de l'interférence liée aux autres couches.
Ainsi, de façon connue, si W désigne le nombre de couches du code Cp et
Figure imgf000011_0001
un vecteur de symboles d'information appartenant à une constellation donnée (ex. PSK, QAM, etc.), divisé en W sous-vecteurs ult u2, .., uw de longueurs respectives K2, Kw telles que
Figure imgf000011_0002
correspondant à chaque couche sont définis par : où ø.,·, j=l,...,W désigne un nombre complexe et Rj, j=l,...,W, une matrice de rotation (les matrices Rj peuvent être identiques pour toutes les couches ou en variante distinctes).
Le choix des nombres ^ pour j=l,...,W a un impact sur la diversité et le gain de codage du code Cp, comme décrit notamment dans le document TAST2003. Ainsi, on choisira ici des nombres complexes , j=l,...,W, ayant une mauvaise approximation dïophantienne par des nombres algébriques, de sorte à garantir une diversité maximale et un rendement plein (i,e. maximal) du code Cp.
A titre d'exemple, pour un nombre d'antennes d'émission M=3 et W=3 couches constituées chacune d'un seul symbole, le code TAST défini par la matrice Xc suivante est optimal dans le sens où il permet d'atteindre une diversité maximale (égale à 3N, N désignant le nombre d'antennes de réception du système et un rendement plein (égal à mîn(3,N)) :
Figure imgf000011_0003
avec φ = e12 et (sji,si2,Sj3 )T = R^^u^u^)1" , j-1,2,3, R désignant une matrice de rotation et les symboles un, u_2,..., u33 désignant des symboles d'information appartenant à une constellation déterminée.
Les codes spatio-temporels algébriques à couches étant connus de l'homme du métier et évoqués plus en détails dans le document TAST2003, ils ne seront pas décrits davantage ici.
Dans la suite de la description, les codes Cp considérés seront des codes TAST optimaux de diversité maximale et de rendement plein. Par souci de simplification, on se limitera à un symbole par couche, chaque couche étant espacée d'un symbole entre deux antennes successives. Toutefois l'invention s'applique également lorsque les couches des codes TAST comprennent plusieurs symboles et à des agencements différents des couches.
La matrice initiale X de dimensions MxT obtenue par concaténation des L matrices Xp p=l,...,L est définie par :
Figure imgf000012_0001
Conformément à l'invention, dans un second temps, on permute les colonnes de la matrice X pour former une matrice Y. Dans l'exemple envisagé ici, on utilise à cette fin une permutation σ définie par :
ff(xi/j+(p_1)t)= yUj_i)L+p , I=1,...,M, j=l,...,t, p=l,...,L xm,n et y m,n désignant respectivement les composantes situées à la m-ième ligne et à la n-ième colonne des matrices X et Y.
Autrement dit, selon la permutation σ :
- on classe d'abord, dans la matrice Y, les premières colonnes des sous-matrices XI,... XL, les unes après les autres ;
- puis, on classe, tour à tour, les colonnes des sous-matrices XI,... XL, de la deuxième colonne jusqu'à la t-ième colonne, les unes après les autres, comme on l'a fait pour les premières colonnes.
La matrice Y obtenue après permutation est donnée par :
Figure imgf000012_0002
Cette matrice définit un code spatio-temporel C de dimensions MxT construit conformément à l'invention. La permutation σ appliquée sur les colonnes de la matrice X a permis, pour chaque code algébrique Cp, d'espacer de L symboles les symboles appartenant à une même couche de ce code et destinés à être transmis par des antennes successives distinctes. Autrement dit, chaque symbole appartenant à une même couche du code Cp sera transmis par des antennes successives distinctes à des instants espacés de L temps symbole.
En variante, d'autres permutations peuvent être envisagées conduisant par exemple à un espacement des symboles inférieur ou égal à L entre deux antennes successives (i.e. deux lignes successives de la matrice).
Les figures 2A-2B et 3A-3B illustrent des exemples de matrices de codes spatiotemporels construites à l'aide de l'invention et de la permutation σ.
Plus précisément, la figure 2A représente une matrice X' obtenue par concaténation de L=3 codes spatio-temporels algébriques à couches Cl', C2', C3' de dimensions 3x3.
Chaque code Cl', C2', C3' a la structure en couches suivante :
- les couches 1, 2 et 3 désignent les couches de la matrice XI' du code Cl' ;
- les couches 4, 5 et 6 désignent les couches de la matrice X2' du code C2' ; et
- les couches 7, 8 et 9 désignent les couches de la matrice X3' du code C3', les couches 1-9 étant constituées ici d'un seul symbole chacune.
La figure 2B représente la matrice Y' obtenue après application de la permutation σ définie précédemment à la matrice X'.
De façon similaire, la figure 3A représente une matrice X" obtenue par concaténation de L=2 codes spatio-temporels algébriques à couches Cl" et C2" de dimensions 4x4.
Chaque code Cl" et C2" a la structure en couches représentée sur la figure 1. Autrement dit :
- les couches 1, 2, 3 et 4 désignent les couches de la matrice XI" du code Cl" ; et
- les couches 5, 6, 7 et 8 désignent ies couches de la matrice X2" du code C2" ;
les couches 1-8 étant constituées d'un seul symbole chacune.
La figure 3B représente la matrice Y" obtenue après application de la permutation σ définie précédemment à la matrice X".
Nous allons maintenant décrire, en référence à la figure 4, un exemple d'utilisation du code spatio-temporel C obtenu conformément à l'invention, pour mettre en œuvre des communications coopératives au sein d'un réseau.
La figure 4 représente, dans son environnement, un système coopératif I d'un réseau de télécommunications conforme à l'invention, dans un mode particulier de réalisation. Le réseau de télécommunications est par exemple un réseau mobile cellulaire, ou un réseau de capteurs, ou un réseau adhoc, etc,
Le système coopératif I est composé de M nœuds Al, A2, AM, conformes à l'invention. Dans l'exemple envisagé ici, M désigne un entier strictement supérieur à 2. Toutefois, il apparaît de façon évidente pour l'homme du métier que la construction proposée par l'invention s'applique également lorsque M=2.
Les nœuds Al, A2, AM sont par exemple des terminaux mobiles ou des stations de base lorsque le réseau de communications est un réseau mobile cellulaire. Bien entendu, d'autres types de nœuds peuvent être considérés, comme par exemple des capteurs selon la nature du réseau considéré.
Ces nœuds ont ici l'architecture matérielle d'un ordinateur représentée sur la figure 5. Us comportent notamment un processeur 10, une mémoire vive 11, une mémoire morte 12, et une mémoire non volatile 13. Chaque nœud est également doté de moyens 14 de communication lui permettant d'émettre des signaux sur le réseau de communication à destination d'autres équipements. Ces moyens de communication comprennent dans cet exemple particulier une seule antenne d'émission.
La mémoire morte 12 de chaque nœud Ai constitue un support d'enregistrement conforme à l'invention, lisible par le processeur 10 et sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur conforme à l'invention, comportant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de transmission selon l'invention. Conformément à l'invention, le système coopératif I utilise de manière distribuée le code spatio-temporel C défini par la matrice Y. A cette fin, chaque nœud Ai, i=l,..,M, émet à destination d'un dispositif de réception D du réseau muni de N antennes de réception (N étant un nombre entier quelconque), une trame de symboles de longueur T correspondant à une ligne distincte d'un mot du code spatio-temporel C.
Ainsi, par exemple, le nœud Al émet une trame codée conformément à la première ligne de la matrice Y, le nœud A2 émet une trame codée conformément à la deuxième ligne de la matrice Y, et le nœud AM émet une trame codée conformément à la -ïéme ligne de la matrice Y.
Les trames de symboles émises par les nœuds Al, A2,..., AM arrivent respectivement avec un décalage temporel τΐ, τ2,..., τΜ au niveau du dispositif de réception D. Les nœuds Al, A2,..., AM n'étant pas nécessairement synchronisés, les décalages τΐ, τ2,..., τΜ peuvent être distincts.
Le dispositif D est un dispositif de réception conforme à l'invention. Il dispose ici de l'architecture matérielle d'un ordinateur telle que représentée sur la figure 6, et comporte notamment un processeur 20, une mémoire vive 21, une mémoire morte 22, et une mémoire non volatile 23. Le dispositif de réception D est également doté de moyens 24 de communication lui permettant de recevoir des signaux émis sur le réseau de communication par d'autres équipements. Ces moyens de communication comprennent ici N antennes de réception.
La mémoire morte 22 du dispositif de réception constitue un support d'enregistrement conforme à l'invention, lisible par le processeur 20 et sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur conforme à l'invention, comportant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de réception selon l'invention. Λ
Par souci de simplification, mais sans perte de généralisation, le dispositif de réception D est supposé ici synchrone avec le nœud Al, de sorte que tl=0.
La matrice CRx des trames (i.e. du mot de code) reçues sur chaque antenne de réception du dispositif D peut donc s'écrire sous la forme suivante :
Figure imgf000014_0001
où yij désigne le symbole codé de la matrice Y situé à l'intersection de la i-ème ligne et de la j-ième colonne, et 0Δ| représente un vecteur nul de taille Δϊ, Ai, i=2,...,M désignant le retard relatif τΐ-τΐ de la trame transmise par le nœud Ai par rapport à la trame transmise par le nœud Al.
Compte tenu de la forme de la matrice CRx, on comprend bien que la permutation σ appliquée lors de la construction du code spatio-temporel C permet de conserver une diversité maximale pour certaines valeurs des écarts relatifs Ai, Ai, i=2,...,M. Cette diversité maximale sera garantie tant que des symboles appartenant à une même couche d'un code algébrique Cp et émis par des antennes distinctes (i.e. ici par des nœuds distincts) n'arrivent pas en même temps au niveau du dispositif de réception D, afin d'éviter toute interférence entre les couches. On peut ainsi définir un profil de délais relatifs entre les n uds Al, A2,..., AM permettant de conserver une diversité maximale.
Ainsi, dans le cas par exemple du code défini par la matrice Y' représentée sur la figure
2B, les profils de délais relatifs (Δ2, Δ3) exprimés en multiple du temps symbole, pour lesquels la diversité pleine de 3xN est conservée, sont donnés par :
- si l'un des deux délais relatifs est nul, le deuxième délai relatif peut prendre les valeurs -2, , 0, 1, 2 ;
- si l'un des deux délais relatifs est égal à 1, le deuxième délai relatif peut prendre les valeurs -1, 0, 1, 2 ;
- si l'un des deux délais relatifs est égal à -1, le deuxième délai relatif peut prendre les valeurs -2, -1, 0, 1 ;
- si l'un des deux délais relatifs est égal à 2, le deuxième délai relatif peut prendre les valeurs 0, 1, 2 ;
- si l'un des deux délais relatifs est égal à -2, le deuxième délai relatif peut prendre les valeurs -2, -1, 0 ; et
- les délais relatifs (Δ2, Δ3) peuvent également prendre les valeurs (-1,-3), (-2,-4), (3,1) et (4,2).
De façon similaire, dans le cas du code défini par la matrice Y" représentée sur la figure 3B, les profils de délais relatifs (Δ2, Δ3, Δ4) exprimés en multiple du temps symbole, pour lesquels la diversité pleine de 4xN est conservée, sont : (0, 0, 0), (0, -1, 0), (0, 1, 0), (0, 0, -1), (0,
0. 1), (0, -1, -2), (0, 1, 1), (0, 1, -2), (1, 1, -2), (-1, -1, -2), (-1, 0, 0), (-1, -1, 0), (-1, -2, 0), (-1, 0, -1), (-1, 0, 1), (-1, 1, 0), (-1, 1, 1), (-1, -1, -1), (1, 0, 0), (1, 0, 1), (1, 1, 0), (1, 1, 1), (2, -1, 0), (2,
1, 0), (2, -1, 1), (2, -1, -I), (2, -2, 0), (2, -2, 1), (2, -2, -1), (-1, 2, -1), (-1, 2, 0), (1, -2, 0), (-1, -2, -1), (1, 2, 1), (0, 2, 1), (0, 2, -1), (1, 2, -1), (0, 2, -2), (1, 2, -2) et (2, 2, -1).
Le dispositif de réception D décode les trames reçues sur ses antennes de réception en tenant compte des délais relatifs Δί, i=2,...,M et de la structure du code spatio-temporel C (i.e. de sa matrice Y). Il peut utiliser à cette fin un décodeur par sphères connu de l'homme du métier, comme décrit notamment dans le document Damen2007.
La figure 7 illustre un second exemple de système coopératif Γ conforme à l'invention. Le système coopératif Γ est ici un système à relais, comprenant une source S, M relais RI, R2,..., RM (M>2) et un dispositif de réception D. Les relais Ri, i=l,...,M sont des nœuds conformes à l'invention, équipé chacun, dans cet exemple particulier, d'une seule antenne pour la transmission des données, ce qui ne leur permet pas d'envoyer et de recevoir simultanément des données.
La transmission du signal de la source S jusqu'au dispositif de réception D est réalisée en deux phases cpl et φ2. Durant la première phase φΐ, la source diffuse un message à l'attention des relais RI, R2,... RM, de façon conventionnelle. Pendant la seconde phase q>2, les relais RI, R2, RM utilisent un protocole « Decode-and-For ard » (DT), connu en soi, pour relayer simultanément le signal reçu de la source S jusqu'au destinataire D (la source S n'émet pas durant la phase q>2).
Les relais RI, R2, RM étant destinés à émettre simultanément, ils implémentent de façon distribuée un code spatio-temporel C construit conformément à l'invention.
Ainsi, chaque relai Ri, i=l,..., , émet ici une trame de longueur T correspondant à une ligne distincte d'un mot du code spatio-temporel C de dimensions MxT, défini par la matrice Y introduite précédemment en référence aux figures 2 à 5.
Du fait de la nature distribuée du réseau, des délais τΐ', τ2',..., τΜ' différents peuvent être introduits par les relais RI, R2,..., RM.
Les relais RI, R2,..., RM se comportent ainsi comme les nœuds Al, A2, AM du système coopératif I représenté à la figure 6 : les schémas de transmission et de. réception décrits en regard de la figure 6 et la construction des codes spatio-temporels conformément à l'invention décrit en regard des figures 2 à 5 étant les mêmes que pour le système coopératif I, ils ne sont pas redécrits ici.
Dans les exemples décrits ici, chaque nœud est équipé d'une seule antenne d'émission, de sorte que M nœuds sont utilisés pour transmettre les M lignes d'un mot de code spatio-temporel défini par la matrice Y. En variante, les nœuds peuvent être équipés de plusieurs antennes d'émission, chaque nœud pouvant alors transmettre plusieurs lignes (i.e. autant que d'antennes d'émission) de la matrice Y.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de transmission mis en œuvre par un nœud d'un système de communications coopératif (Ι,Γ) composé d'une pluralité de nœuds (A1-AM,R1-RM), ledit procédé comprenant une étape d'émission d'au moins une trame de T symboles par ledit nœud, ladite trame correspondant à une ligne d'une matrice Y définissant un mot d'un code spatio-temporel, ledit procédé étant caractérisé en ce que ladite matrice Y est de dimensions MxT, M étant supérieur à 2, et résulte de l'application d'une permutation σ sur les colonnes d'une matrice initiale
L
X formée par concaténation de L sous-matrices Xp de dimensions MxTp, p=l,. et T Tp = T,
P=i chaque sous-matrice Xp définissant un code spatio-temporel algébrique à couches.
2. Procédé de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la matrice Y, les symboles appartenant à une même couche d'un code spatio-temporel algébrique défini par l'une des sous-matrices Xp et destinés à être transmis par des nœuds distincts du système coopératif, sont espacés d'un nombre de symboles déterminé supérieur à 1.
3. Procédé de transmission selon la revendication 2 caractérisé en ce que TP=T/L, p=l,...,L, et le nombre de symboles déterminé est égal à L.
4. Procédé de transmission selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matrice Y résulte de l'application sur la matrice X de la permutation σ définie par :
Figure imgf000017_0001
Xm n et y m n désignant respectivement les composantes situées à la m-ième ligne et à la n~ième colonne des matrices X et Y.
5. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé de transmission selon la revendication 1 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur.
6. Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé de transmission selon la revendication 1.
7. Procédé de communication mis en œuvre par un système de communications coopératif (Ι,Γ) composé d'une pluralité de nœuds (Ai-AM,R1-RM), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la transmission d'au moins une trame de T symboles par chaque n ud du système conformément à un procédé de transmission selon la revendication 1, chaque nœud transmettant au moins une ligne distincte d'un mot du code spatio-temporel défini par la matrice Y de dimensions MxT, M étant supérieur à 2.
8. Procédé de réception comprenant :
- une étape de réception de trames résultant de la transmission de M trames de T symboles par une pluralité de nœuds (A1-AM,R1-RM) d'un système de communications coopératif (Ι,Γ), M étant supérieur à 2 ; et
- une étape de décodage des trames reçues en utilisant un décodeur (D) apte à décoder un mot d'un code spatio-temporel de dimensions MxT ;
ledit procédé de réception étant caractérisé en ce que ledit code spatio-temporel est défini par une matrice Y de dimensions MxT résultant de l'application d'une permutation σ sur les colonnes d'une matrice initiale X formée par concaténation de L sous-matrices Xp de dimensions MxTp, p=l,.. L,
L
et∑Tp = T, chaque sous-matrice Xp définissant un code spatio-temporel algébrique à couches.
9. Nœud (A1-AM,R1-RM) d'un système de communications coopératif (Ι,Γ) composé d'une pluralité de nœuds, ledit nœud comprenant des moyens pour émettre au moins une trame de T symboles, ladite trame correspondant à une ligne d'une matrice Y définissant un mot d'un code spatio-temporel, ledit nœud étant caractérisé en ce que ladite matrice Y est de dimensions MxT, M étant supérieur à 2, et résulte de l'application d'une permutation σ sur les colonnes d'une matrice initiale X formée par concaténation de L sous-matrices Xp de dimensions MxTp, p=l,...,L,
L
et^Tp =T, chaque sous-matrice Xp définissant un code spatio-temporel algébrique à couches. p=l 10. Nœud d'un système de communications coopératif selon la revendication 9, caractérisé en ce que dans la matrice Y, les symboles appartenant à une même couche d'un code spatio-temporel algébrique défini par l'une des sous-matrices Xp et destinés à être transmis par des nœuds distincts du système coopératif, sont espacés d'un nombre de symboles déterminé supérieur à 1,
11. Nœud d'un système de communications coopératif selon la revendication 10 caractérisé en ce queTp=T/L, p=l,...,L, et le nombre de symboles déterminé est égal à L.
12. Nœud d'un système de communications coopératif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la matrice Y résulte de l'application sur la matrice X de la permutation σ définie par :
Figure imgf000019_0001
Xm,net y m n désignant respectivement les composantes situées à la m-ième ligne et à la n-ième colonne des matrices X et Y.
13. Système de communications coopératif (Ι,Γ) comprenant une pluralité de n uds (A1-AM,R1-RM), caractérisé en ce que chaque nœud du système est conforme à la revendication 9 et transmet au moins une ligne distincte d'un mot du code spatio-temporel défini par la matrice Y de dimensions MxT, M étant supérieur à 2.
14. Dispositif de réception (D) comprenant :
- des moyens de réception de trames, chaque trame résultant de la transmission de M trames de T symboles par une pluralité de nœuds d'un système de communications coopératif, M étant supérieur à 2 ; et
- des moyens de décodage des trames reçues utilisant un décodeur apte à décoder un mot d'un code spatio-temporel de dimensions MxT ;
ledit dispositif de réception étant caractérisé en ce que ledit code spatio-temporel est défini par une matrice Y de dimensions MxT résultant de l'application d'une permutation σ sur les colonnes d'une matrice initiale X formée par concaténation de L sous-matrices Xp de dimensions MxTp,
L
p=l,...,L, et∑Tp = T, chaque sous-matrice Xp définissant un code spatio-temporel algébrique à p=l
couches.
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CN105846913A (zh) * 2016-03-17 2016-08-10 刘儿兀 一种基于协作的深穿透通信系统和方法

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