WO2012038656A1 - Procede recursif d'emission simultane de flux pour un systeme mimo multi utilisateurs, emetteur, produit programme d'ordinateur et support d'information correspondants - Google Patents

Procede recursif d'emission simultane de flux pour un systeme mimo multi utilisateurs, emetteur, produit programme d'ordinateur et support d'information correspondants Download PDF

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stream
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transmission
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Mustapha Amara
Julie Yuan-Wu
Dirk Slock
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France Telecom SA
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    • H04B7/0447—Power distribution using multiple eigenmodes utilizing uniform distribution

Definitions

  • Recursive simultaneous stream sending method for a multi-user MIMO system, transmitter, computer program product and corresponding information medium Recursive simultaneous stream sending method for a multi-user MIMO system, transmitter, computer program product and corresponding information medium.
  • the present invention relates to the field of telecommunications. Within this field, the invention relates more particularly to so-called digital communications.
  • Digital communications include in particular wireless communications; they also include, for example, wireline communications.
  • the communications transmission medium is commonly referred to as the transmission or propagation channel, originally with reference to an overhead channel and by extension with reference to any channel.
  • the invention relates to transmission and reception techniques in a multi-stream multi-antenna system with at least one stream per user at a given instant, knowing that the instant following the stream may not be transmitted depending on the progress of the method according to the invention. It applies mainly to downlink communications and more particularly from a base station to several terminals. In this case, the transmission channel is called broadcast channel.
  • Multi-antenna digital communication systems commonly referred to as MIMO (acronym for Multiple Input Multiple Output Anglesaxons for "Multiple Multiple Outputs") encompass all systems that have multiple transmit antennas and usually multiple antennas at the receiving end. .
  • MIMO multiple Input Multiple Output Anglesaxons for "Multiple Multiple Outputs”
  • MISO multiple input single output
  • the system comprises a base station with N T transmission antennas and K mobiles with N R mobile reception antennas k associated with the user k.
  • the transmission channel is for the user k modeled by a matrix H fc of size N R x N T which represents the impact of the transmission channel between the antennas on transmission and the antennas on reception.
  • Each component of the matrix is a random variable of zero mean and variance ⁇ 2 .
  • the invention is placed in a context of Rayleigh slow fading channel per user with total independence between the different channels of the different users. This makes it possible to consider that for each data flow associated with a user, the flow propagation channel is independent of the propagation channels of the other flows.
  • the Rayleigh slow fading channel context per user with total independence between the different channels of the different users typically corresponds to a propagation in an urban environment, that is to say multipath.
  • the data streams of the different users are transmitted simultaneously from the base station to the users' receivers, knowing that several streams can be transmitted simultaneously for the same user.
  • the invention is placed in a context of diffusion, in the sense of the theory of information, that is to say in a context of transmission of different streams for different users from a transmitter.
  • this transmitter has a perfect knowledge of the transmission channel. This implies a perfect estimation of all the components of the matrices H fc of all the users since one is in a channel of diffusion as well as the invariance of the channel of transmission between the moment when the estimation of the channel is carried out and the moment where this estimate is used on issue.
  • the maximum total flow rate that can be conveyed by a MIMO system to all users is a very large quantity allowing its dimensioning. This quantity has been defined by the theory of information as the ergodic capacity of the system.
  • pre-coders make it possible to separate the streams of the different users in order to minimize the inter-user interferences on reception and consequently to improve the flow conveyed.
  • a data flow is associated with a user.
  • the streams of different users are for example related to the same telecommunication service and / or to different services (for example voice, data, video).
  • the amount of data flow that a system can provide to the different users is called “Sum-Rate” or SR.
  • a first category consists of iterative precoders some of whose realizations are described in [2, 5, 8].
  • a second category of linear precoders implements so-called non-iterative linear algorithms called direct (or CF according to the abbreviations of the English terms Closed Form) [1,6,7]. These algorithms determine for each stream a pair of transmit and receive vectors.
  • the vector pairs for all users are calculated by the base station.
  • the base station informs users of their receive vectors typically using a signaling channel.
  • the base station transmits the information of each stream using the corresponding transmission vector. All streams are transmitted at the same time.
  • each receiver associated with a user uses the reception vector communicated by the base station to combine the signals received on the different antennas and to extract the samples corresponding to the flows intended for it.
  • precoders that serve to serve a flow per terminal (user) of those that serve to serve multiple streams per terminal (user) in the case where the latter is equipped with several receiving antennas.
  • the determination of the pre-coder proceeds as follows:
  • Step 1 selection of flows:
  • Interference ⁇ where S is a prefixed threshold and choice among those of the one with the best channel, hence the largest eigenvalue, repetition of the recursive selection until reaching the maximum number of streams given
  • Step 2 construction of precoders without interference:
  • Step 3 determining the power distribution:
  • the system can carry for
  • a transmitter that implements a method for simultaneously transmitting data streams allocated respectively to one or more users among the K users.
  • the invention proposes a transmission technique and a reception technique for a multi-user MIMO system making it possible to improve the known flow selection method for a better maximization of the transmission capacity of the system.
  • the transmission method according to the invention is particularly remarkable in that it comprises: a step of initializing a list H s of virtual transmission channels based on the selection of a first stream,
  • a selection step based on an eigenvalue decomposition of the projected matrix making it possible to write the projected matrix in the form of a product of a unitary left matrix, a diagonal matrix containing the eigenvalues and the hermitian of a unitary upright matrix, with a better flow corresponding to the projected transmission channel having the greatest eigenvalue,
  • a virtual channel of a stream is the result of the multiplication of the matrix of the real channel by the conjugate transpose of the vector of the unitary matrix containing the left eigenvectors associated with the stream in question.
  • the method according to the invention is particularly remarkable in that it makes it possible to eliminate, by construction, the ascending interferences, that is to say the interferences that can be generated on the streams already selected by the remaining flows to be selected, given that the projection of the transmission channels by means of the projection matrix takes into account the virtual transmission channels already selected.
  • a method of simultaneous transmission of streams is such that the initialization step of a list H s comprises:
  • a selection step based on an eigenvalue decomposition of a matrix of the transmission channel of a user making it possible to write this matrix in the form of a product of a unitary left matrix, a diagonal matrix containing the eigenvalues and hermitians of a unitary upright matrix, of a first best flux corresponding to the transmission channel having the greatest eigenvalue,
  • a method for simultaneous transmission of streams furthermore comprises, following the selection step, a step of storing a pre-encoding vector of the selected stream, corresponding to the vector of the unitary right matrix of the decomposition into eigenvalues associated with the eigenvalue selected.
  • a simultaneous stream transmission method further comprises a step of limiting the number of selectable streams based on the comparison between a threshold S and the level of interference generated by the already selected streams on a stream not yet selected.
  • This embodiment has the advantage of eliminating flows that can be selected those that are too disturbed by the already selected flows. This mode advantageously makes it possible to impose a maximum level of interference on the selected streams.
  • the threshold S is configurable. It can be determined based on simulation results, experimentation or operational measures. By setting the value of the threshold very high, this avoids any limitation. The gradual decrease of the threshold ⁇ can make it possible to determine an adequate value as a function, for example, of the deployment constraints in the field of the system.
  • a simultaneous stream transmission method further comprises a step of evaluating the total rate reached after each selection and a comparison step with the previous value.
  • This embodiment has the advantage of stopping the process as soon as the selection of a new flow decreases the value of the total calculated flow rate. This mode is particularly effective because it allows to maximize the flow that one could have with the selected channels and to avoid any unnecessary calculation.
  • a simultaneous stream transmission method further comprises a step of comparison between the number of selected streams and a maximum number of streams that can be transported by the system.
  • the maximum number of streams that can be transported by the system is determined by the relation:
  • a simultaneous stream transmission method further comprises a precoding matrix construction step of the selected streams based on zero forcing filtering ZF applied to the list H s .
  • a simultaneous stream transmission method further comprises a uniform power distribution step on the selected streams.
  • This embodiment has the advantage of being very simple since it only involves a simple division of the available power by the number of streams selected.
  • a simultaneous stream transmission method further comprises a step of power distribution on the selected streams implementing a water filling algorithm WF applied to a vector built from the virtual transmission channels of the list. H s .
  • This embodiment has the advantage of distributing the power on the streams taking into account the impact of the transmission channels and therefore the attenuation that may occur during the transmission of the streams.
  • a simultaneous stream transmission method further comprises a precoding matrix construction step of the selected streams based on an MMSE precoding applied to the list H s .
  • This embodiment is based on an MMSE algorithm whose implementation poses no problem, which makes it possible to obtain the precoding matrix at a lower cost.
  • a simultaneous stream transmission method furthermore comprises, following the selection step, a step of storing a pre-encoding matrix of the selected stream, corresponding to the unitary upright matrix and an implementation of FIG. an algorithm for canceling downward interference on the selected streams.
  • the pre-coding matrices coincide with the unitary straight matrices obtained during the decomposition in eigenvalues because optimally canceling agorithms of downstream interference maximizing the total bitrate, which is realized with an algorithm DPC (Dirty Paper Coding), leads to the determination of optimal precoders.
  • DPC Dense Paper Coding
  • the issuer includes:
  • a selection means based on an eigenvalue decomposition of the projected matrix making it possible to write the projected matrix in the form of a product of a unitary left matrix, of a diagonal matrix containing the eigenvalues and the hermitian of a unitary upright matrix, with a better flow corresponding to the projected transmission channel having the greatest eigenvalue,
  • the invention further relates to a multi-user MIMO telecommunication system co "u. ⁇ N r - _ S _-, ⁇ N R mKmeS *
  • the transmitter being according to the previous object.
  • the invention also applies to a computer program, including a computer program on or in an information carrier, adapted to implement the invention.
  • 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 to implement a method according to the invention.
  • 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 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 program may be translated into a transmissible form such as an electrical or optical signal, which may be routed via an electrical or optical cable, by radio or by other means.
  • a transmissible form such as an electrical or optical signal
  • the program according to the invention can be downloaded in particular on an Internet type network.
  • Figure 1 is a diagram of a multi-user MIMO system according to the prior art.
  • Figures 2-7 are flow charts of particular embodiments of a method according to the invention.
  • Figure 8 is a diagram of a transmitter according to the invention.
  • Figures 9-12 are performance curves.
  • a method for simultaneously transmitting streams according to the invention is intended for a multi-user MIMO system, illustrated by FIG. 1, at N T transmitting antennas and receiving antennas. receiver associated with a user defining
  • a method 1 according to the invention comprises according to a particular mode:
  • a step 2 of initialization to 1 of a selected flow counter: 1 and of a list H s ,
  • H s h : virtual transmission channels based on the selection of a first stream.
  • This flux f x is associated with a user u x , the pair is noted [ l f l .
  • the method further includes the following steps that take place recursively:
  • the projection matrix P. 1 is calculated according to the expression: P ;
  • a step 8 of incrementing the counter of the number of streams selected after the selection of a new stream: i i + 1.
  • a step 9 of controlling the number of selected streams by comparing the counter of the number of selected streams to the maximum number of Q flows that can be transported by the system. After the comparison 9 between the value of the counter i and the maximum number of flows Q, the method
  • V k l J a step 10 of computation of the precoders based on the selected flows given in the list H s .
  • a selection 2.1 of a first best flux corresponding to the transmission channel having the largest eigenvalue ⁇ the corresponding torque (user, flow) is noted [ ⁇ ⁇ f x .
  • the selection is based on an eigenvalue decomposition (SVD) of the matrices H fc of the transmission channels.
  • the reduction of the number of flows is based on the comparison between a threshold S and the level of interference generated by the already selected flows on a stream not yet selected.
  • the interference level is determined by the following calculation: rank (it represents the rank of the
  • the storage step 12 occurs after step 6 of selecting a stream.
  • the step 10 of constructing the precoding matrix of the selected streams is based for example on an MMSE pre-coding applied to the list H s or on a ZF zero forcing pre-coding. .
  • the method is applied directly to list H s .
  • the precoder is calculated as 10.1 according to the following relation:
  • a second step 10.3 is necessary and consists of applying a power distribution ⁇ i.
  • the power distribution can be uniform on all flows: or defined by a power distribution algorithm.
  • the power distribution algorithm can be performed as follows. Method 1 calculates the respective powers of the virtual channels contained in the list H S :
  • the precoders to be used are then weighted by their respective powers and are therefore written in the form:
  • the method performs the selection of flows taking into account the total rate or Sum Rate (SR).
  • SR Sum Rate
  • the initialization step typically comprises, in addition to the steps 2.1, 2.2, 2.3 and 2.4, an evaluation 2.5 of the total bit rate SR corresponding to the first selected stream calculated according to the following relation:
  • the method 1 comprises a step 13 of evaluation of the total flow rate after each selection 6 of a new flow calculated according to the following relation:
  • the storage 18 keeps the precoders
  • the method may further include step 11 of reducing the number of streams and step 12 of storing.
  • the method 1 implements a DPC algorithm on the selected streams in order to optimally eliminate the downlink interferences, that is to say the interferences generated by the streams of which the selection preceded that of the flow under consideration: interference from the streams ⁇ generated by all J.
  • Step 19 consists in implementing a DPC algorithm on the selected streams that cancels the downlink interference, which corresponds to the case where each precoder is alone and sees no interference:
  • the method determines the channel powers of the selected streams.
  • a performance evaluation is obtained by calculating the total amount of money given
  • the method may further include step 11 of reducing the number of streams and step 12 of storing.
  • FIG. 8 is a diagram of a transmitter EM according to the invention, suitable for a multi user MIMO telecommunication system com aking N T transmit antennas TX! , ... TX NT intended to be connected to the transmitter, receiver reception associated with a user
  • the EM transmitter includes:
  • an MI initializing means a list H s (H s h:) of virtual transmission channels based on selecting a first stream,
  • a means M6 for controlling the number of streams selected to respect the total number Q of flows that can be served by the system.
  • the various means are typically software modules corresponding to microprogram instructions programming a microprocessor for the implementation of an embodiment of the method according to the invention.
  • SR ZFBF NS WF Zero Forcing Beam Forming, NullSpace, WaterFilling
  • N T 4 transmitting antennas.
  • the "SR ZFDPC NS WF" curve shows additional gains over those of FIG. 10 obtained with a ZF filter applied to the transmission.
  • FIG. 12 represents the performances of the ZFBF SUS, ZFBF NS algorithms presented in FIG. 1 and also the variants with DPC precoding for the two algorithms.
  • SR ZFDPC SUS represents the performances of the algorithm of [9] with a precoding DPC where all the interferences are canceled.
  • This algorithm is called by the authors ZFDPC SUS.
  • This curve is to be compared with the embodiment DPC of the method according to the invention.
  • the curve corresponding to this algorithm is denoted "SR ZFDPC NS WF”.

Landscapes

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Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé d'émission simultanée de flux destiné à un système MIMO multi utilisateurs à N T antennes d'émission et N R kantennes de réception par récepteur associé à un utilisateur définissant Q k =min (NRk,NT) flux de données transportés par un canal de transmission par utilisateur pouvant transporter pour K utilisateurs un nombre maximal (Q) comprenant : une étape d'initialisation d'une liste H s ( H s = h1 ) de canaux de transmission virtuels basée sur la sélection d'un premier flux, et comprenant de manière récursive jusqu'à atteindre les Q flux : une étape de construction d'une matrice de projection ( P i ⊥ ) sur un espace complémentaire aux canaux de transmission virtuels correspondant aux flux sélectionnés, une étape de construction d'une matrice projetée (H k ⊥) des canaux de transmission projetés basée sur une projection ( H k ⊥ = HkP i ⊥ ) de tous les canaux de transmission au moyen de la matrice de projection ( P i ⊥ ), - une étape de sélection, basée sur une décomposition en valeurs propres (H k ⊥=Uk ⊥ S k ⊥V k ⊥ N ) de la matrice projetée ( H k ⊥ ) permettant d'écrire la matrice projetée ( H k ⊥ ) sous la forme d'un produit d'une matrice gauche unitaire, d'une matrice diagonale contenant les valeurs propres et de l'hermitien d'une matrice droite unitaire, d'un meilleur flux correspondant au canal de transmission projeté ayant la plus grande valeur propre, - une étape de mise à jour de la liste H s ( H s = [ H s T, h i T]T ) en ajoutant le canal de transmission virtuel associé au flux sélectionné.

Description

Procédé récursif d'émission simultané de flux pour un système MIMO multi utilisateurs, émetteur, produit programme d'ordinateur et support d'information correspondants.
Domaine de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine des télécommunications. Au sein de ce domaine, l'invention se rapporte plus particulièrement aux communications dites numériques. Les communications numériques comprennent en particulier les communications sans fil ; elles comprennent aussi par exemple les communications filaires. Le support de transmission des communications est couramment appelé canal de transmission ou de propagation, à l'origine en référence à un canal aérien et par extension en référence à tout canal.
L'invention concerne les techniques d'émission et de réception dans un système multi antennes multi flux avec au moins un flux par utilisateur à un instant donné sachant que l'instant suivant le flux peut ne pas être transmis en fonction du déroulement du procédé selon l'invention. Elle s'applique essentiellement aux communications sur voie descendante et plus particulièrement d'une station de base vers plusieurs terminaux. Dans ce cas, le canal de transmission est dit canal de diffusion.
Art antérieur
Les systèmes de communication numérique multi antennes couramment désignés par l'acronyme MIMO (acronyme des termes anglosaxons Multiple Input Multiple Output pour "Entrées Multiples Sorties Multiples") englobent tous les systèmes qui comportent plusieurs antennes à l'émission et généralement plusieurs antennes à la réception. Un système MIMO avec une seule antenne de réception est aussi désigné par l'acronyme MISO (acronyme des termes anglosaxons Multiple Input Single Output).
Ces systèmes répondent à la demande toujours croissante de fourniture de services de télécommunication variés à des débits toujours supérieurs aux offres existantes. En effet, on a prouvé que la capacité des canaux MIMO augmente proportionnellement avec le nombre minimal des antennes en émission et en réception.
Un exemple d'un tel système est illustré par le schéma de la figure 1. Le système comprend une station de base avec NT antennes de transmission et K mobiles avec NR antennes de réception par mobile k associé à l'utilisateur k . Le canal de transmission est pour l'utilisateur k modélisé par une matrice Hfc de taille NR xNT qui représente l'impact du canal de transmission entre les antennes à l'émission et les antennes à la réception. Chaque composante de la matrice est une variable aléatoire de moyenne nulle et de variance σ2.
Bien que la description soit illustrée avec le système précédent, l'invention s'applique aussi à un système ayant plusieurs stations de base. L'invention se place dans un contexte de canal à évanouissements lents de Rayleigh par utilisateur avec indépendance totale entre les différents canaux des différents utilisateurs. Ceci permet de considérer que pour chaque flux de données associé à un utilisateur, le canal de propagation du flux est indépendant des canaux de propagation des autres flux. Le contexte de canal à évanouissements lents de Rayleigh par utilisateur avec indépendance totale entre les différents canaux des différents utilisateurs correspond typiquement à une propagation en milieu urbain, c'est-à-dire à trajets multiples.
Dans le cas d'un système MIMO multi utilisateurs, les flux de données des différents utilisateurs sont transmis simultanément de la station de base aux récepteurs des utilisateurs sachant que plusieurs flux peuvent être transmis simultanément pour un même utilisateur.
Dans la demande, les termes terminal et utilisateur sont utilisés indifféremment sauf stipulation expresse contraire.
L'invention se place dans un contexte de diffusion, au sens de la théorie de l'information, c'est- à-dire dans un contexte de transmission de différents flux pour différents utilisateurs à partir d'un émetteur. En outre, cet émetteur a une connaissance parfaite du canal de transmission. Ceci implique une estimation parfaite de toutes les composantes des matrices Hfc de tous les utilisateurs puisqu'on est dans un canal de diffusion ainsi que l'invariance du canal de transmission entre le moment où est effectuée l'estimation du canal et le moment où cette estimation est exploitée à l'émission.
Le débit total maximal pouvant être véhiculé par un système MIMO vers tous les utilisateurs est une quantité très importante permettant son dimensionnement. Cette quantité a été définie par la théorie de l'information comme la capacité ergodique du système.
Côté émission, des pré-codeurs permettent de séparer les flux des différents utilisateurs afin de minimiser les interférences inter utilisateurs à la réception et d'améliorer par conséquence le débit véhiculé. Un flux de données est associé à un utilisateur. Les flux des différents utilisateurs sont par exemple relatifs à un même service de télécommunication et/ou à différents services (par exemple voix, data, vidéo).
Le nombre maximal de flux par utilisateur est : Qk = min N¾ , Nr ) . Toutefois, le nombre total de flux émis à chaque instant ne doit pas dépasser le nombre maximal de flux pouvant être
K K
supportés par le système qui est donnée par : Q = l Qk = min(^ NR , NT ) .
k=l k=l
La quantité de flux de données qu'un système peut assurer vers les différents utilisateurs est appelé "Sum-Rate" ou débit somme noté SR.
Certaines analyses théoriques ont démontré que la capacité du canal de diffusion MU-MIMO (abréviation de Multi Utilisateurs MIMO) peut être atteinte à l'aide de l'algorithme DPC (acronyme des termes anglosaxons Dirty Paper Coding) [3,4]. Cependant, un précodage DPC reste, malgré les grandes avancées des calculateurs, un algorithme très difficile à mettre en place à cause de sa non linéarité et de la puissance de calcul requise.
Ainsi, des solutions sous optimales de précodeurs linéaires avec une faible complexité ont vu le jour.
Une première catégorie est constituée des précodeurs itératifs dont certaines réalisations sont décrites dans [2, 5, 8].
Une deuxième catégorie de précodeurs linéaires met en œuvre des algorithmes dits linéaires non itératifs appelés aussi directs (ou CF selon les abréviations des termes anglosaxons Closed Form) [1,6,7]. Ces algorithmes déterminent pour chaque flux un couple de vecteurs d'émission et de réception. Les couples de vecteurs relatifs à tous les utilisateurs sont calculés par la station de base. La station de base informe les utilisateurs de leurs vecteurs de réception en utilisant typiquement un canal de signalisation. La station de base émet l'information de chaque flux en utilisant le vecteur d'émission correspondant. Tous les flux sont transmis en même temps. A la réception, chaque récepteur associé à un utilisateur utilise le vecteur de réception communiqué par la station de base pour combiner les signaux reçus sur les différentes antennes et extraire les échantillons correspondant aux flux qui lui sont destinés.
Parmi ces différentes catégories, on peut établir des distinctions entre les précodeurs en fonction de certaines caractéristiques.
En particulier, on distingue les précodeurs qui permettent de servir un flux par terminal (utilisateur) de ceux qui permettent de servir plusieurs flux par terminal (utilisateur) dans le cas où ce dernier est équipé de plusieurs antennes de réception.
Parmi les techniques qui permettent de servir plusieurs flux par utilisateur, on connaît de [9], une technique de sélection d'utilisateurs semi-orthogonaux basée sur la connaissance des valeurs propres des différents flux. Cette technique est un procédé récursif de sélection de différents flux tendant à minimiser à chaque étape l'impact sur le dernier flux sélectionné des interférences générées par les flux déjà sélectionnés. Les canaux correspondant aux flux sélectionnés subissent un précodage ZF[12] (Zéro Forcing) qui correspond à une inversion du canal pour éliminer ce qui reste comme interférence entre les flux.
Selon cette technique, la détermination du pré-codeur se déroule de la façon suivante :
Étape 1, sélection des flux :
calcul d'une décomposition en valeur propre ou SVD (Singular Value Décomposition) selon la terminologie anglosaxonne pour les canaux de transmission de tous les utilisateurs qui permet d'écrire la matrice des canaux sous la forme factorisée :
Uk kY^ , avec Uk la matrice unitaire contenant les vecteurs propres gauche, \k la matrice unitaire des vecteurs propres droite, Sk la matrice nulle à l'exception d'une diagonale qui contient les valeurs propres,
sélection du meilleur flux. Il s'agit du flux qui correspond au meilleur canal c'est-à- dire auquel correspond la plus grande valeur propre,
sélection de manière récursive des utilisateurs en ne considérant que ceux qui interfèrent le moins : Interférence < δ où S est un seuil préfixé et choix parmi ceux- ci de celui qui a le meilleur canal donc la plus grande valeur propre, répétition de la sélection récursive jusqu'à atteindre le nombre maximal de flux donné
K
par g = rnin( N¾ , Nr ) .
k=l
Étape 2, construction des précodeurs sans interférence :
application d'un précodage ZF sur les canaux des flux sélectionnés, l'inversion des canaux étant donnée par
Étape 3, détermination de la distribution de puissance :
à l'aide d'un algorithme de Waterfilling (WF)[13].
Exposé de l'invention
Un système MIMO multi utilisateurs comprend NT antennes d'émission et antennes de réception par récepteur associé à un utilisateur k définissant Qk = rnin (N¾ ^ux ^e données transportés au maximum par un canal de transmission par utilisateur. Le système peut transporter pour
f K \
K utilisateurs un nombre maximal Q = min T de flux de données. Le système MIMO
=i J
comprend un émetteur qui met en œuvre un procédé d'émission simultanée de flux de données alloués respectivement à un ou plusieurs utilisateurs parmi les K utilisateurs.
L'invention propose une technique d'émission et une technique de réception pour un système MIMO multi utilisateurs permettant d'améliorer le procédé de sélection de flux connu pour une meilleure maximisation de la capacité de transmission du système.
Le procédé d'émission selon l'invention est particulièrement remarquable en ce qu'il comprend : une étape d'initialisation d'une liste Hs de canaux de transmission virtuels basée sur la sélection d'un premier flux,
et comprenant de manière récursive jusqu'à atteindre les Q flux : une étape de construction d'une matrice de projection sur un espace complémentaire aux canaux de transmission virtuels correspondant aux flux sélectionnés,
une étape de construction d'une matrice projetée des canaux de transmission projetés basée sur une projection de tous les canaux de transmission au moyen de la matrice de projection,
- une étape de sélection, basée sur une décomposition en valeurs propres de la matrice projetée permettant d'écrire la matrice projetée sous la forme d'un produit d'une matrice gauche unitaire, d'une matrice diagonale contenant les valeurs propres et de l'hermitien d'une matrice droite unitaire, d'un meilleur flux correspondant au canal de transmission projeté ayant la plus grande valeur propre,
- une étape de mise à jour de la liste Hs en ajoutant le canal de transmission virtuel associé au flux sélectionné.
Un canal virtuel d'un flux est le résultat de la multiplication de la matrice du canal réel par le transposé conjugué du vecteur de la matrice unitaire contenant les vecteurs propres gauches associé au flux considéré.
Le procédé selon l'invention est particulièrement remarquable en ce qu'il permet d'éliminer par construction les interférences ascendantes, c'est-à-dire les interférences pouvant être générés sur les flux déjà sélectionnés par les flux restants à sélectionner, étant donné que la projection des canaux de transmission au moyen de la matrice de projection tient compte des canaux de transmission virtuels déjà sélectionnés.
Selon une implémentation particulière, un procédé d'émission simultanée de flux est tel que l'étape d'initialisation d'une liste Hs comprend :
une étape de sélection, basée sur une décomposition en valeurs propres d'une matrice du canal de transmission d'un utilisateur permettant d'écrire cette matrice sous la forme d'un produit d'une matrice gauche unitaire, d'une matrice diagonale contenant les valeurs propres et de l'hermitien d'une matrice droite unitaire, d'un premier meilleur flux correspondant au canal de transmission ayant la plus grande valeur propre,
un ajout du canal de transmission virtuel correspondant au flux sélectionné à la liste Hs .
Ce mode de réalisation a la particularité de déterminer des conditions initiales au procédé. Selon une implémentation particulière, un procédé d'émission simultanée de flux comprend en outre suite à l'étape de sélection, une étape de mémorisation d'un vecteur de précodage du flux sélectionné, correspondant au vecteur de la matrice droite unitaire de la décomposition en valeurs propres associé à la valeur propre sélectionnée.
Ce mode a pour avantage de fournir des canaux de transmission de flux sans interférence descendante. Selon une implémentation particulière, un procédé d'émission simultanée de flux comprend en outre une étape de limitation du nombre de flux pouvant être sélectionnés basée sur la comparaison entre un seuil S et le niveau d'interférence généré par les flux déjà sélectionnés sur un flux non encore sélectionné.
Ce mode de réalisation a pour avantage de supprimer des flux pouvant être sélectionnés ceux qui sont trop perturbés par les flux déjà sélectionnés. Ce mode permet avantageusement d'imposer un niveau maximal d'interférences sur les flux sélectionnés. Le seuil S est paramétrable. Il peut être déterminé en fonction de résultats de simulation, d'expérimentation ou de mesures opérationnelles. En fixant la valeur du seuil très haut, ceci évite toute limitation. La diminution progressive du seuil δ peut permettre de déterminer une valeur adéquate en fonction par exemple des contraintes de déploiement sur le terrain du système.
Selon une implémentation particulière, un procédé d'émission simultanée de flux comprend en outre une étape d'évaluation du débit total atteint après chaque sélection et une étape de comparaison avec la valeur précédente.
Ce mode de réalisation a pour avantage de stopper le procédé dès que la sélection d'un nouveau flux diminue la valeur du débit total calculé. Ce mode est particulièrement efficace car il permet de maximiser le débit qu'on pourrait avoir avec les canaux sélectionnés et d'éviter tout calcul inutile.
Selon une implémentation particulière, un procédé d'émission simultanée de flux comprend en outre une étape de comparaison entre le nombre de flux sélectionnés et un nombre maximal de flux pouvant être transportés par le système.
Le nombre maximal de flux pouvant être transportés par le système est déterminé par la relation :
K
min(^ NK , NT) . Ce mode de réalisation particulier a pour avantage de limiter le processus récursif k=l
en fonction des capacités du système déterminées par le nombre d'antennes à l'émission et à la réception. Il permet donc d'éviter des opérations de calcul inutiles et de limiter en particulier l'utilisation de ressources de calcul, de mémoire, et par conséquent de limiter la consommation d'énergie ce qui peut être particulièrement avantageux pour un émetteur mobile ou un émetteur alimenté en local par exemple par des panneaux solaires.
Selon une implémentation particulière, un procédé d'émission simultanée de flux comprend en outre une étape de construction de matrice de précodage des flux sélectionnés basée sur un filtrage zéro forcing ZF appliqué à la liste Hs .
Ce mode de réalisation s'appuie sur un algorithme ZF dont la mise en œuvre ne pose aucun problème ce qui permet d'obtenir à moindre coût la matrice de précodage. Selon une implémentation particulière, un procédé d'émission simultanée de flux comprend en outre une étape de distribution de puissance uniforme sur les flux sélectionnés.
Ce mode de réalisation a pour avantage d'être très simple puisqu'il fait uniquement intervenir une simple division de la puissance disponible par le nombre de flux sélectionné.
Selon une implémentation particulière, un procédé d'émission simultanée de flux comprend en outre une étape de distribution de puissance sur les flux sélectionnés mettant en œuvre un algorithme de water filling WF appliqué sur un vecteur construit à partir des canaux de transmission virtuels de la liste Hs .
Ce mode de réalisation a pour avantage de répartir la puissance sur les flux en tenant compte de l'impact des canaux de transmission et donc des atténuations pouvant intervenir lors de la transmission des flux.
Selon une implémentation particulière, un procédé d'émission simultanée de flux comprend en outre une étape de construction de matrice de précodage des flux sélectionnés basée sur un précodage MMSE appliqué à la liste H s .
Ce mode de réalisation s'appuie sur un algorithme MMSE dont la mise en œuvre ne pose aucun problème ce qui permet d'obtenir à moindre coût la matrice de précodage.
Selon une implémentation particulière, un procédé d'émission simultanée de flux comprend en outre suite à l'étape de sélection, une étape de mémorisation d'une matrice de précodage du flux sélectionné, correspondant à la matrice droite unitaire et une mise en œuvre d'un algorithme d'annulation des interférences descendantes sur les flux sélectionnés.
Selon ce mode de réalisation, les matrices de pré-codage coïncident avec les matrices droites unitaires obtenues lors de la décomposition en valeurs propres car agorithme d'annulation d'une manière optimale des interférences descendantes maximisant le débit total, qui est réalisé avec un algorithme DPC (Dirty Paper Coding), conduit à la détermination des précodeurs optimaux.
L'invention a en outre pour objet un émetteur adapté pour un système multi utilisateurs MIMO de télécommunication comprenant NT antennes d'émission destinées à être connectées à l'émetteur, antennes de réception par récepteur associé à un utilisateur définissant Qk = min (N¾ , N7, flux de données transportés au maximum par un canal de transmission par utilisateur, le système
( K
pouvant transporter pour K utilisateurs un nombre maximal Q = min ∑NRk , NT de flux de
V k=l
données. L'émetteur comprend :
un moyen d'initialisation d'une liste Hs de canaux de transmission virtuels basée sur la sélection d'un premier flux, un moyen de construction d'une matrice de projection sur un espace complémentaire aux canaux de transmission virtuels correspondant aux flux sélectionnés,
un moyen de construction d'une matrice projetée des canaux de transmission projetés basée sur une projection de tous les canaux de transmission au moyen de la matrice de projection,
- un moyen de sélection, basée sur une décomposition en valeurs propres de la matrice projetée permettant d'écrire la matrice projetée sous la forme d'un produit d'une matrice gauche unitaire, d'une matrice diagonale contenant les valeurs propres et de l'hermitien d'une matrice droite unitaire, d'un meilleur flux correspondant au canal de transmission projeté ayant la plus grande valeur propre,
- un moyen de mise à jour de la liste Hs en ajoutant le canal de transmission virtuel associé au flux sélectionné.
L'invention a en outre pour objet un système multi utilisateurs MIMO de télécommunication co„ u. ^ Nr — _ S _— , ±NR mKmeS *
k=l k
réception et K récepteurs associés respectivement à K utilisateurs et connectés respectivement à
K
parmi les /V^ antennes de réception, l'émetteur étant selon l'objet précédent.
k k=\ k
En conséquence, l'invention s'applique également à un programme d'ordinateur, notamment un programme d'ordinateur sur ou dans un support d'informations, adapté à mettre en œuvre l'invention. 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 pour implémenter un procédé selon l'invention.
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.
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.
D'autre part, le programme peut être traduit en une forme transmissible telle 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. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit d'exemples donnés à titre d'exemples non limitatifs, description faite en regard des figures annexées suivantes.
La figure 1 est un schéma d'un système MIMO multi utilisateurs selon l'art antérieur.
Les figures 2-7 sont des organigrammes de modes particuliers de réalisation d'un procédé selon l'invention.
La figure 8 est un schéma d'un émetteur selon l'invention.
Les figures 9-12 sont des courbes de performances.
Description de modes de réalisation de l'invention
Un procédé d'émission simultanée de flux selon l'invention, dont un organigramme est illustré à la figure 2, est destiné à un système MIMO multi utilisateurs, illustré par la figure 1, à NT antennes d'émission et antennes de réception par récepteur associé à un utilisateur définissant
QK = ηιϊη ί^ , NT ) flux de données transportés au maximum par un canal de transmission par
( K
utilisateur. Un système avec K récepteurs définit Q = min T flux de données transportés
\ k=l J
au maximum par les canaux de transmission associés respectivement aux récepteurs.
Un procédé 1 selon l'invention comprend selon un mode particulier :
- une étape 2 d'initialisation à 1 d'un compteur de flux sélectionnés : = l et d'une liste Hs ,
Hs = h: de canaux de transmission virtuels basée sur la sélection d'un premier flux. Ce flux fx est associé à un utilisateur ux , le couple est noté [ l fl .
Le procédé comprend en outre les étapes suivantes qui se déroulent de manière récursive :
une étape 3 de construction d'une matrice de projection P; 1 sur un espace complémentaire aux canaux de transmission virtuels correspondant aux flux sélectionnés. La matrice de projection P.1 est calculée selon l'expression : P;
Figure imgf000011_0001
une étape 4 de construction d'une matrice projetée des canaux de transmission projetés basée sur une projection de tous les canaux de transmission au moyen de la matrice de projection P.1 , la matrice est calculée selon l'expression : = Η^Ρ^ une étape 5, 6 de sélection d'un meilleur flux correspondant au canal de transmission projeté ayant la plus grande valeur propre Ài , le couple correspondant (utilisateur, flux) est noté {^ui fi . Cette sélection est basée sur une décomposition en valeurs propres (SVD) de la matrice projetée ,. Une décomposition en valeur propre permet d'écrire la matrice projetée sous la forme d'un produit d'une matrice gauche unitaire contenant les vecteurs propres gauche, d'une matrice nulle à l'exception d'une diagonale qui contient les valeurs propres et de l'hermitien d'une matrice droite unitaire Yk contenant les vecteurs propres droite : Hk = U S , une étape 7 de mise à jour de la liste Hs , Hs = ^H^ , hrJ en lui ajoutant le canal de transmission virtuel h. = | u1 ) H associé au flux sélectionné f. .
I
- une étape 8 d'incrémentation du compteur du nombre de flux sélectionnés après la sélection d'un nouveau flux : i = i + l .
une étape 9 de contrôle du nombre de flux sélectionnés en comparant le compteur du nombre de flux sélectionnés au nombre maximal de flux Q pouvant être transportés par le système. A l'issue de la comparaison 9 entre la valeur du compteur i et le nombre maximal de flux Q , le procédé
λ
répète les étapes 3-9 tant que le nombre Q n'est pas atteint ( i > Q = min(^ NR , NT ) )·
V k=l J une étape 10 de calcul des précodeurs basée sur les flux sélectionnés donnés dans la liste Hs .
Selon un mode de réalisation particulier illustré par la figure 3, l'étape d'initialisation 2 d'une liste Hs , ( Hs = hx ) comprend :
une sélection 2.1 d'un premier meilleur flux correspondant au canal de transmission ayant la plus grande valeur propre ^ le couple correspondant (utilisateur, flux) est noté [ιιχ fx . La sélection est basée sur une décomposition en valeurs propres (SVD) des matrices Hfc des canaux de transmission. La décomposition en valeurs propres permet d'écrire la matrice Hfc sous la forme d'un produit d'une matrice gauche unitaire, d'une matrice diagonale contenant les valeurs propres et de l'hermitien d'une matrice droite unitaire : Hfc = UjtSjtVj^i , avec \Jk la matrice unitaire contenant les vecteurs propres gauche, Yk la matrice unitaire des vecteurs propres droite, Sk la matrice nulle à l'exception d'une diagonale qui contient les valeurs propres, un ajout 2.2 du canal de transmission virtuel h: correspondant au flux sélectionné à la liste Hs , le canal de transmission virtuel étant donné par le résultat de la pondération de la matrice des canaux par le transposé conjugué du vecteur propre de la matrice unitaire (contenant les vecteurs propres gauches) associé à la valeur propre A : h, = uH H ,
- une mémorisation 2.3 de la matrice unitaire des vecteurs propres droite correspondant au flux sélectionné : t, = V
une initialisation 2.4 d'un compteur i = \ .
Selon un mode de réalisation particulier illustré par la figure 4, le procédé 1 comprend en outre une étape 11 de réduction du nombre de flux pouvant être sélectionnés et une étape de mémorisation 12 de la matrice unitaire des vecteurs propres droite correspondant au flux sélectionné : t. = V1 .
La réduction du nombre de flux est basée sur la comparaison entre un seuil S et le niveau d'interférence généré par les flux déjà sélectionnés sur un flux non encore sélectionné. Pour un flux j, /) non encore sélectionné, le niveau d'interférence est déterminé par le calcul suivant : . rang ( ïl représente le rang de la
Figure imgf000013_0001
matrice . Si A. t > S alors le flux ( j, /) est écarté d'une sélection ultérieure. Si tous les flux sont écartés alors le procédé peut annuler cette restriction et passer à l'étape suivante en gardant tous les flux non encore sélectionnés.
L'étape de mémorisation 12 intervient après l'étape 6 de sélection d'un flux.
Selon un mode de réalisation particulier illustré par la figure 5, l'étape 10 de construction de matrice de précodage des flux sélectionnés est basée par exemple sur un pré-codage MMSE appliqué à la liste Hs ou sur un pré-codage zéro forcing ZF.
Dans le cas d'un pré-filtrage qui réalise une auto-distribution de puissance tel que MMSE par exemple, le procédé est appliqué directement à liste Hs . Par exemple pour le MMSE, le précodeur est calculé 10.1 selon la relation suivante :
, V/e [ΐ· · · β] où /? est un facteur scalaire pour respecter la
Figure imgf000013_0002
contrainte de puissance ^ '_ tr ^ t" j = PT .
Dans le cas d'un pré-filtrage qui réalise une auto-distribution de puissance tel que zéro forcing ZF, deux étapes sont nécessaires. Une étape 10.2 de calcul du précodeur avec l'algorithme sélectionné, par h†
exemple pour un précodage ZF selon la relation suivante : tMj ,/( = γ -Ti. Vi' e [ΐ· · · β] où h†est la i eme colonne de = ÎHSH^ ) , t est le vecteur de précodage pour le flux ft envoyé à l'utilisateur ui . Une seconde étape 10.3 est nécessaire et consiste à appliquer une distribution de puissance {i . La distribution de puissance peut être uniforme sur tous les flux : ou définie par un algorithme de distribution de puissance.
Figure imgf000014_0001
L'algorithme de distribution de puissance peut se dérouler de la façon suivante. Le procédé 1 calcule les puissances respectives des canaux virtuels contenus dans la liste HS :
Àf = (h;h , V e [ΐ· · · β] · Le procédé applique ensuite un algorithme tel que le waterfilling (WF) sur le vecteur Λ = ^ · · · ÀQ ainsi construit tout en respectant la contrainte de puissance PT = · · · PQ F ■
Figure imgf000014_0002
Les précodeurs à utiliser sont alors pondérés par leurs puissances respectives et s'écrivent donc sous la forme :
tB i = Jp tUl ,fl ,Vi e [l-e] (1)
Selon un mode de réalisation particulier illustré par la figure 6, le procédé effectue la sélection des flux en tenant compte du débit total ou Sum Rate (SR).
L'étape d'initialisation comprend typiquement, outre les étapes 2.1, 2.2, 2.3 et 2.4, une évaluation 2.5 du débit total SR correspondant au premier flux sélectionné calculée selon la relation suivante :
Figure imgf000014_0003
ainsi qu'une détermination et sa mémorisation 2.5 du vecteur de précodage t calculé selon
h
l'étape 10 déjà décrite.
Comparativement au mode illustré par la figure 2, le procédé 1 comprend une étape 13 d'évaluation du débit total après chaque sélection 6 d'un nouveau flux calculée selon la relation suivante :
Figure imgf000015_0001
ainsi qu'une détermination du vecteur de précodage t calculé selon l'étape 10 déjà décrite.
Figure imgf000015_0002
Le procédé 1 teste 16 si la nouvelle valeur du débit total SR = SRt est inférieure à la valeur précédente SRi_1 . Si c'est le cas, le dernier flux sélectionné n'est finalement pas retenu car il dégrade le débit total. Dans ce cas, la mémorisation 17 ne garde que les vecteurs de précodage qui
Figure imgf000015_0003
correspondent à ceux des flux sélectionnés avant la répétition i . Plus aucun flux supplémentaire n'est sélectionné ensuite, le procédé de sélection s'arrête.
Dans l'autre cas, la mémorisation 18 garde les précodeurs | ^ J correspondant à ceux des i derniers flux sélectionnés . Ensuite, le procédé 1 reprend son déroulement comme décrit en regard de la figure 4 avec l'incrémentation 8 du compteur du nombre de flux sélectionnés puis le test 9 du nombre de flux déjà sélectionné.
De manière optionnelle, le procédé peut en outre comprendre l'étape 11 de réduction du nombre de flux et l'étape 12 de mémorisation.
Selon un mode de réalisation particulier illustré par la figure 7, le procédé 1 met en œuvre un algorithme DPC sur les flux sélectionnés pour éliminer d'une manière optimale les interférences descendantes, c'est-à-dire les interférences générées par les flux dont la sélection a précédée celle du flux considéré : interférences subies par les flux } générées par tous les
Figure imgf000015_0004
J .
Selon ce mode, le procédé effectue des étapes 19-21 complémentaires après la sélection de tous les flux. L'étape 19 consiste à mettre en œuvre un algorithme DPC sur les flux sélectionnés qui annule les interférences descendantes ce qui correspond au cas où chaque précodeur est tout seul et ne voit aucune interférence :
Figure imgf000015_0005
Le procédé détermine 20 les puissances des canaux des flux sélectionnés. La puissance du i eme canal sélectionné est le terme de la diagonale de la matrice Λ =HSH^ noté/î,. .
Le procédé met en œuvre 21 un algorithme Water Filling appliqué sur ces valeurs λί pour avoir la distribution de puissance optimale des Pi puis pondère les précodeurs avec ces valeurs : tui fi = JP~ iUl l , Vi e [l- Q]
Une évaluation des performances est obtenue en calculant le débit somme total donné
Figure imgf000016_0001
De manière optionnelle, le procédé peut en outre comprendre l'étape 11 de réduction du nombre de flux et l'étape 12 de mémorisation.
La figure 8 est un schéma d'un émetteur EM selon l'invention, adapté pour un système multi utilisateurs MIMO de télécommunication com renant NT antennes d'émission TX!,...TXNT destinées à être connectées à l'émetteur, de réception par récepteur associé à un utilisateur
Figure imgf000016_0002
définissant QK = mm ÎNR , NT ) flux de données transportés au maximum par un canal de
f K \ transmission par utilisateur. Un système avec K récepteurs définit Q = min ∑NRk , NT flux de
=i J données transportés au maximum par les canaux de transmission associés respectivement aux récepteurs.
L'émetteur EM comprend :
un moyen Ml d'initialisation d'une liste Hs ( Hs = h: ) de canaux de transmission virtuels basée sur la sélection d'un premier flux,
un moyen M2 de construction d'une matrice de projection ( ) sur un espace complémentaire aux canaux de transmission virtuels correspondant aux flux sélectionnés,
un moyen M3 de construction d'une matrice projetée ( ) des canaux de transmission projetés
K
basée sur une projection ( = H^P; 1 ) de tous les canaux de transmission ( ^ Qk ) au moyen de k=l
la matrice de projection ( P.1 ),
un moyen M4 de sélection d'un meilleur flux correspondant au canal de transmission projeté ayant la plus grande valeur propre. La sélection est basée sur une décomposition en valeurs propres
( = U^S^Vj 1 avec la matrice unitaire contenant les vecteurs propres gauche, V^1 la matrice unitaire des vecteurs propres droite, la matrice nulle à l'exception d'une diagonale qui contient les valeurs propres) de la matrice projetée ( H^ ) permettant d'écrire la matrice projetée
( ) sous la forme d'un produit d'une matrice gauche unitaire, d'une matrice diagonale contenant les valeurs propres et de l'hermitien d'une matrice droite unitaire, , un moyen M5 de mise à jour de la liste Hs ( Hs = ^H^ , h; r ^| ) en ajoutant le canal de transmission virtuel associé au flux sélectionné.
un moyen M6 de contrôle du nombre de flux sélectionnés pour respecter le nombre total Q de flux pouvant être servis par le système.
Les différents moyens sont typiquement des modules logiciels correspondant à des instructions de micro-programmes programmant un micro processeur pour la mise en œuvre d'un mode de réalisation du procédé selon l'invention.
La figure 9 représente sous forme de courbes des résultats de simulation donnant l'évolution de la somme du débit total obtenu par le système pour une configuration avec K utilisateurs ayant chacun NR = 4 antennes de réception desservis par une station de base avec NT = 4 antennes d'émission.
Nous considérons un canal de Rayleigh complètement décorrélés pour les K utilisateurs. Les courbes représentent les performances atteintes pour différentes valeurs de K en fonction du SNR.
Les courbes "SR ZFBF NS WF" (Zéro Forcing Beam Forming, NullSpace, WaterFilling) correspondant à un mode de réalisation du procédé selon l'invention sont comparées aux courbes « SR ZFBF SUS" obtenues avec l'algorithme donné en [9]. La courbe "SR DPC" représente les performances obtenues par application de l'algorithme DPC donné dans [11].
Afin d'évaluer les gains que l'on peut avoir par application du DPC pour annuler les interférences descendantes selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, on considère à la figure 11 un système avec K = 100 utilisateurs ayant chacun NR = 4 antennes de réception desservis par une station de base avec NT = 4 antennes d'émission. Nous considérons un canal de Rayleigh complètement décorrélés pour les K utilisateurs. Nous traçons l'évolution de la somme du débit total du système. La courbe "SR ZFDPC NS WF" montre des gains supplémentaires par rapport à ceux de la figure 10 obtenus avec un filtre ZF appliqué à l'émission.
La figure 12 représente les performances des algorithmes ZFBF SUS, ZFBF NS présentés à la figure 1 et ainsi que les variantes avec précodage DPC pour les deux algorithmes. En effet, "SR ZFDPC SUS" représente les performances de l'algorithme de [9] avec un précodage DPC où toutes les interférences sont annulées. Cet algorithme est appelé par les auteurs ZFDPC SUS. Cette courbe est à comparer avec le mode de réalisation DPC du procédé selon l'invention. La courbe correspondant à cet algorithme est notée "SR ZFDPC NS WF". Ces courbes confirment une fois encore la supériorité du procédé selon l'invention puisque pour tout rapport signal sur bruit, SNR, le débit total moyen reste supérieur à celui obtenu par l'algorithme [9].
La figure 13 représente l'impacte du choix de S sur le calcul du débit total SR pour un procédé selon l'invention, pour un système NT = NR = 4, K = 100 obtenus à 15 dB. Ceci illustre le fait qu'un choix judicieux de la valeur de delta S permet d'améliorer encore un peu plus les performances du système.
Références :
[1] Yongle Wu, Jinfan Zhang, Mingguang Xu, Shidong Zhou et Xibin Xu, "Multiuser MIMO
Downlink Precoder Design Based on the Maximal SJNR Criterion", IEEE GLOBECOM 2005 proceedings, pages 2694-2698.
[2] H. Wang, X. Xu, M. Zhao, W. Wu, Y. Yao, "Robust Transmission for Multiuser MIMO Downlink Systems with Imperfect CSIT," IEEE WCNC 2008, pages 340-344.
[3] M. Costa, "Writing on Dirty Paper," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 29, no.3, pp.439-441,
May 1983.
[4] G. Caire and S. Shamai, "On the achievable throughput of a multiantenna Gaussian broadcast channel," IEEE Trans. Inform. Theory, vol.49, no.7, pp.1691-1706, July 2003.
[5] J. Zhang, Y. Wu, S. Zhou, and J. Wang, "Joint linear transmitter and receiver design for the downlink of multiuser MIMO Systems," IEEE Commun. Lett., vol. 9, no. 11, pp. 991-993, Nov. 2005
[6] M. Lee and S.K. Oh, "A Per-User Successive MMSE Precoding Technique in Multiuser MIMO Systems," IEEE Vehicular Technology Conférence (VTC2007-Spring), page(s): 2374-2378, 22-25 April 2007.
[7] Q. H. Spencer, A. L. Swindlehurst, and M. Haardt, "Zero-forcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels," IEEE Trans. Signal Process., vol. 52, no. 2, pp. 461-471, Feb. 2004.
[8] PCT FR2010/051334
[9] L. Sun, M. Mckay, "Eigen-Based Transceivers for the MIMO Broadcast Channel with Semi-Orthogonal User Sélection," IEEE Transactions on Signal Processing.
[10] M. Sadek, A. Tarighat, A.H. Sayed, "Active Antenna Sélection in Multiuser MIMO
Communications," Signal Processing, IEEE Transactions on , vol.55, no.4, pp.1498-1510, April 2007.
[11] N. Jindal, W. Rhee, S. Jafar, and Goldsmith, "Sum power itérative waterfilling for multiantenna gaussian broadcast channels," IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 51, pp. 1570-1580, April 2005.
[12] Q. H. Spencer, A. L. Swindlehurst, and M. Haardt, "Zéro forcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels," IEEE Trans. Signal Process., vol. 52, no. 2, pp. 461-471, Feb. 2004.
[13] Space-time Coding, page 8, ISBN = 0470847573

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé (1) d'émission simultanée de flux destiné à un système MIMO multi utilisateurs à NT antennes d'émission et antennes de réception par récepteur associé à un utilisateur k définissant QK = min NR , NT flux de données transportés par un canal de transmission par utilisateur, le système pouvant transporter pour K utilisateurs un nombre maximal f K
Q = min ∑NRT , NT de flux de données,
V k=l
comprenant :
une étape (2) d'initialisation d'une liste Hs de canaux de transmission virtuels basée sur la sélection d'un premier flux,
et comprenant de manière récursive jusqu'à (8, 9) atteindre les Q flux :
une étape ( 3) de construction d'une matrice de projection sur un espace complémentaire aux canaux de transmission virtuels correspondant aux flux sélectionnés,
une étape (4) de construction d'une matrice projetée des canaux de transmission projetés basée sur une projection de tous les canaux de transmission au moyen de la matrice de projection, une étape (5, 6) de sélection, basée sur une décomposition en valeurs propres de la matrice projetée permettant d'écrire la matrice projetée sous la forme d'un produit d'une matrice gauche unitaire, d'une matrice diagonale contenant les valeurs propres et de l'hermitien d'une matrice droite unitaire, d'un meilleur flux correspondant au canal de transmission projeté ayant la plus grande valeur propre,
une étape (7) de mise à jour de la liste Hs en ajoutant le canal de transmission virtuel associé au flux sélectionné.
2. Procédé (1) d'émission simultanée de flux selon la revendication 1, dans lequel l'étape d'initialisation d'une liste Hs comprend :
une étape (2.1) de sélection, basée sur une décomposition en valeurs propres d'une matrice du canal de transmission d'un utilisateur permettant d'écrire cette matrice sous la forme d'un produit d'une matrice gauche unitaire, d'une matrice diagonale contenant les valeurs propres et de l'hermitien d'une matrice droite unitaire, d'un premier meilleur flux correspondant au canal de transmission ayant la plus grande valeur propre,
un ajout (2.2) du canal de transmission virtuel correspondant au flux sélectionné à la liste Hs .
3. Procédé (1) d'émission simultanée de flux selon la revendication 1, comprenant en outre suite à l'étape de sélection, une étape (2.3, 12) de mémorisation d'un vecteur de précodage du flux sélectionné, correspondant au vecteur de la matrice droite unitaire de la décomposition en valeurs propres associé à la valeur propre sélectionnée.
4. Procédé (1) d'émission simultanée de flux selon la revendication 1, comprenant en outre :
une étape (11) de limitation du nombre de flux pouvant être sélectionnés basée sur la comparaison entre un seuil S et le niveau d'interférence généré par les flux déjà sélectionnés sur un flux non encore sélectionné et, suite à l'étape de sélection,
- une étape (12) de mémorisation d'une matrice de précodage du flux sélectionné, correspondant à la matrice droite unitaire,
5. Procédé (1) d'émission simultanée de flux selon la revendication 1, comprenant en outre une étape (2.5, 13) d'évaluation du débit total atteint après chaque sélection et une étape (16) de comparaison avec la valeur précédente.
6. Procédé (1) d'émission simultanée de flux selon la revendication 1, comprenant en outre une étape
(9) de comparaison entre le nombre de flux sélectionnés et un nombre maximal de flux pouvant être transportés par le système.
7. Procédé (1) d'émission simultanée de flux selon la revendication 1, comprenant en outre une étape
(10) de construction de matrice de précodage des flux sélectionnés basée sur un filtrage zéro forcing ZF appliqué à la liste Hs .
8. Procédé (1) d'émission simultanée de flux selon la revendication 7, comprenant en outre une étape de distribution de puissance uniforme sur les flux sélectionnés.
9. Procédé (1) d'émission simultanée de flux selon la revendication 7, comprenant en outre une étape de distribution de puissance sur les flux sélectionnés mettant en œuvre (21) un algorithme de water filling WF appliqué sur un vecteur construit à partir des canaux de transmission virtuels de la liste
Hs
10. Procédé (1) d'émission simultanée de flux selon la revendication 1, comprenant en outre une étape (10.1) de construction de matrice de précodage des flux sélectionnés basée sur un précodage MMSE appliqué à la liste Hs .
11. Procédé (1) d'émission simultanée de flux selon la revendication 1, comprenant en outre une mise en œuvre (19) d'un algorithme d'annulation des interférences descendantes sur les flux sélectionnés.
12. Emetteur (EM) adapté pour un système multi utilisateurs MIMO de télécommunication comprenant NT antennes d'émission destinées à être connectées à l'émetteur, antennes de réception par récepteur associé à un utilisateur définissant Qk = min NR , NT flux de données transportés par un canal de transmission par utilisateur pouvant transporter pour K utilisateurs un
( K
nombre maximal Q = min ∑NRk , NT de flux de données, caractérisé en ce que l'émetteur
V k=l
comprend :
un moyen (Ml) d'initialisation d'une liste Hs de canaux de transmission virtuels basée sur la sélection d'un premier flux,
un moyen (M2) de construction d'une matrice de projection sur un espace complémentaire aux canaux de transmission virtuels correspondant aux flux sélectionnés,
un moyen (M3) de construction d'une matrice projetée des canaux de transmission projetés basée sur une projection de tous les canaux de transmission au moyen de la matrice de projection, un moyen (M4) de sélection, basée sur une décomposition en valeurs propres de la matrice projetée permettant d'écrire la matrice projetée sous la forme d'un produit d'une matrice gauche unitaire, d'une matrice diagonale contenant les valeurs propres et de l'hermitien d'une matrice droite unitaire, d'un meilleur flux correspondant au canal de transmission projeté ayant la plus grande valeur propre,
un moyen (M5) de mise à jour de la liste Hs en ajoutant le canal de transmission virtuel associé au flux sélectionné.
13. Système (SYS) multi utilisateurs MIMO de télécom comprenant un émetteur (EM),
N7 mttMeS ,émissio„ _ S _ a»KmeS * rtœpli„» « ,
Figure imgf000021_0001
récepteurs associés respectivement à K utilisateurs et connectés respectivement à parmi les antennes de réception, caractérisé en ce que l'émetteur est selon la revendication
Figure imgf000022_0001
précédente.
14. Programme d'ordinateur sur un support d'informations, ledit programme comportant des instructions de programme adaptées à la mise en œuvre d'un procédé d'émission simultanée de flux, mis en œuvre par un émetteur destiné à un système MIMO multi utilisateurs à NT antennes d'émission et N antennes de réception par récepteur associé à un utilisateur définissant
Qk = min (NR , NT flux de données transportés par un canal de transmission par utilisateur
( K \
pouvant transporter pour K utilisateurs un nombre maximal Q = min T de flux de k=l J données selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans l'émetteur (EM) destiné à mettre en œuvre le procédé d'émission.
15. Support d'informations comportant des instructions de programme adaptées à la mise en œuvre d'un procédé d'émission simultanée de flux, mis en œuvre par un émetteur destiné à un système MIMO multi utilisateurs à NT antennes d'émission et antennes de réception par récepteur associé à un utilisateur définissant Qk = min NR , NT flux de données transportés par un canal de transmission par utilisateur pouvant transporter pour K utilisateurs un nombre maximal
( K \
g = min XN¾ , NrT de flux de données selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, k=l J
lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans l'émetteur (EM) destiné à mettre en œuvre le procédé d'émission.
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