WO2023062042A1 - Procédé de configuration d'un dispositif émetteur, dispositif émetteur pour la mise en oeuvre dudit procédé de configuration - Google Patents

Procédé de configuration d'un dispositif émetteur, dispositif émetteur pour la mise en oeuvre dudit procédé de configuration Download PDF

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Definitions

  • the present invention belongs to the general field of telecommunications, and in particular to the field of wireless communications implemented on radio-type networks such as mobile networks (e.g., 5G).
  • radio-type networks such as mobile networks (e.g., 5G).
  • It relates more particularly to a method for configuring a transmitter device. It also relates to a transmitter device of a communication system; and a communication system comprising a transmitter device according to the invention and a receiver device.
  • the invention finds a particularly advantageous application, although in no way limiting, in the case of a communication system comprising a transmitter device equipped with a plurality of antenna elements and a receiver device each equipped with a single antenna element, also known as MISO (Multiple Input Single Output) communication system.
  • MISO Multiple Input Single Output
  • a precoder making it possible to transmit simultaneously, to a receiver device belonging to the same system, one or more signals via the different transmitting antenna elements of the transmitting device.
  • a precoder is based on the knowledge by the transmitter device of the propagation channel (or of the transmission channel) which separates it from the receiver device. It allows the transmitter device to deliver data to the receiver device with high spectral efficiency thanks to the formation of beams (also called “beamforming" in the Anglo-Saxon literature) transporting the signals.
  • Such a precoder is designed so that the transmission of signals in the form of beams is optimized with regard to a determined operating criterion, such as for example a quality of service criterion for the transmission of data (maximization of the rate or power received at the receiver device, absence of interference between time symbols at the receiver device, etc.), or a network spectral efficiency criterion taking into account interference generated on other users, or even a criterion of energy efficiency of the network, etc.
  • a quality of service criterion for the transmission of data maximum transmission of the rate or power received at the receiver device, absence of interference between time symbols at the receiver device, etc.
  • a network spectral efficiency criterion taking into account interference generated on other users, or even a criterion of energy efficiency of the network, etc.
  • precoders are for example those of zero forcing type (or ZF for "Zero Forcing"), those of maximum ratio transmission type (or MRT for "Maximum Ratio Transmission” in English), those of performing eigenbeamforming, those performing beamforming by eigenvalue decomposition (SVD), etc.
  • the current design of a transmitter although aiming to optimize a determined criterion, is carried out independently of any regulation relating to the limitation of the exposure of persons (public or workers) to electromagnetic fields, and capable of being applied where the transmitter device is intended to operate.
  • Such regulations set field levels (electric, magnetic) that must not be exceeded as a function of the transmission frequency of the transmitter device. These field levels constitute exposure limits which can be formulated equivalently in terms of the power radiated in a certain direction by the emitting device and received by a person. This radiated power is called equivalent isotropically radiated power (EIRP).
  • EIRP equivalent isotropically radiated power
  • the regulations also set an exposure limit associated with a regulatory distance from the transmitter device, typically imposed by geographical implementation constraints of the transmitter device and defined by an entity in charge of managing the communication system (for example a telephone company). In this way, it is possible to define a regulatory zone around the emitting device beyond which an exposure limit must not be exceeded.
  • the entity in charge of managing the communication system can define stricter rules, and thus define a restricted regulatory zone included within the regulatory zone.
  • an exposure limit is not respected along one or more beam directions beyond the regulatory zone associated with the emitting device.
  • FIG. 1 schematically represents, in accordance with the state of the art, a signal transmission mode between a transmitter device TX and a receiver device RX of a wireless communication system.
  • D_i diffuser elements for i varying from 2 to 6, of a type known per se, exist in the environment of the transmitter TX and receiver RX devices. These diffusing elements D_i correspond for example to walls or trees on which an electromagnetic wave " bounces ". For each of these broadcasters D_i, there is a propagation path between the transmitter TX and receiver RX devices and passing through the broadcaster considered.
  • the relative positions of the transmitter TX and receiver RX devices, as well as of the diffusers D_i can be located by geographical coordinates, for example in a Cartesian coordinate system.
  • FIG. 1 also illustrates the radiation of the transmitter device TX. More particularly, FIG. 1 schematically illustrates the formation of six beams F_i, for i varying from 1 to 6, generated by the transmitter device TX by means of a precoder. FIG. 1 also illustrates whether or not these six beams F_i comply with the regulations through a circle C_P surrounding the transmitter device TX. As explained in more detail later, this circle C_P is here representative of the regulatory zone beyond which the electric field must remain below a maximum authorized exposure limit.
  • the circle C_P corresponds to a distance beyond which a maximum electric field must not be exceeded, depending on an angular direction considered with respect to the transmitter device TX.
  • said circle C_P is not an effective representation of said regulatory zone, the latter also being able to take any form whatsoever, but is nevertheless linked to it via in particular said exposure limit (in other words , the regulatory area is not shown in Figure 1).
  • each beam has a substantially oblong shape and points in a particular direction.
  • This characteristic results from the use, by the transmitter device TX, of a precoder allowing the transmitter device to transmit beams in determined directions, such as a precoder of the maximum ratio transmission type, MRT.
  • the use of such a precoder by the transmitter implies that the regulatory constraint is not respected in the direction of the beam F_1. Indeed, a portion of the beam F_1 extends outside the circle C_P, which means that the maximum electric field associated with the regulatory constraint is exceeded outside the regulatory zone.
  • FIG. 2 which corresponds to FIG. 1 after a reduction in power in accordance with the state of the art has been applied to the transmitter device TX.
  • the beam F_1 is now contained in the circle C_P, so that the regulatory constraint is now respected by the transmitter device TX. It can nevertheless be observed that the other beams F_2 to F_6 have seen their respective sizes clearly reduced, so that they are now very far from the maximum electric field associated with the circle C_P. These decreases greatly degrade the transmission of data from the transmitter device TX to the receiver device RX.
  • the present invention aims to remedy all or part of the drawbacks of the prior art, in particular those set out above, by proposing a solution which makes it possible to control the electric field of the transmitter device in a more optimal manner than the prior art solutions.
  • the invention relates to a method for configuring a transmitter device equipped with a plurality of antenna elements, the method comprising:
  • the configuration method may also comprise one or more of the following characteristics, taken in isolation or in all technically possible combinations.
  • the precoder is represented in the form of a column vector with complex coefficients, the number of elements of which is equal to the number of antenna elements of the transmitter device.
  • At least one of said real paths passes through a diffuser, and the starting direction of this real path corresponds to the direction of a portion of the real path located between said transmitter device and the Streamer.
  • the real propagation channel is downlink
  • the step of determining the real paths is implemented by the transmitter device, and this step comprises:
  • the step of determining the real paths is implemented by the receiver device, and this step comprises:
  • each pilot sequence being precoded using a precoder associated with a direction in which the signal data stream is transmitted by the transmitting device;
  • the transmitter device and the receiver device form a system which also comprises at least one intelligent reconfigurable device making it possible to generate an additional path between the transmitter device and the receiver device and passing through said intelligent reconfigurable device.
  • the method then further comprises a step of determining said additional path; and the virtual propagation channel comprises a virtual path corresponding to said additional path and whose amplitude gain is included in the determined interval.
  • the precoder determined during the step of determining a precoder is of the maximum ratio transmission type, MRT, and is of the form: with h eq+ the Hermitian vector of the vector h eq .
  • all the steps of the configuration method are implemented by the transmitter device.
  • the step of determining the plurality of real paths is implemented by the receiver device, and the other steps are implemented by the transmitter device.
  • the invention relates to a transmission method comprising all the steps of the configuration method, and further comprising a step of transmitting the signal by the transmitter device.
  • the invention relates to a computer program comprising instructions for the implementation of a configuration method according to the invention when said program is executed by a computer.
  • 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 no any other desirable shape.
  • the invention relates to an information or recording medium readable by a computer on which is recorded a computer program according to the invention.
  • the information or recording medium can be any entity or device capable of storing the program.
  • the medium may comprise a storage means, such as a Flash type memory, for example a USB key or an SSD (“Solid State Drive”) disk, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or alternatively a magnetic recording medium, such as a hard disk, for example a hard disk HDD (“Hard Disk Drive”).
  • a storage means such as a Flash type memory, for example a USB key or an SSD (“Solid State Drive”) disk, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or alternatively a magnetic recording medium, such as a hard disk, for example a hard disk HDD (“Hard Disk Drive”).
  • a storage means such as a Flash type memory, for example a USB key or an SSD (“Solid State Drive”) disk, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit
  • the information or recording medium can be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, which can be conveyed via an electrical or optical cable, by radio or by other means.
  • the program according to the invention can in particular be downloaded from an Internet-type network.
  • the information or recording medium 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 invention relates to a transmitter device equipped with a plurality of antenna elements and comprising: - a module for determining a virtual propagation channel comprising a plurality of virtual paths, a virtual path corresponding to a real path of a propagation channel called "real propagation channel", each virtual path having the same starting direction and the same phase shift as the real path to which it corresponds, and the virtual paths having an amplitude gain included in the same real and positive determined interval;
  • a determination module as a function of said virtual propagation channel, of a precoder configured to precode a signal intended to be transmitted in the form of beams pointing in the directions of the virtual paths, so that said beams all reach, in their direction , an electric field included in the same determined interval;
  • the invention relates to a communication system comprising a transmitter device according to the invention and a receiver device configured to receive the signal transmitted by the transmitter device.
  • the communication system according to the invention further comprises at least one intelligent reconfigurable device equipped with a plurality of antenna elements and making it possible to generate at least one additional path between said transmitting device and said receiving device and passing through said intelligent reconfigurable device.
  • FIG. 1 schematically represents, according to a horizontal sectional view and in accordance with the state of the art, a signal transmission mode between a transmitter device and a receiver device;
  • Figure 2 corresponds to Figure 1 after a power reduction according to the state of the art has been applied to the transmitter device;
  • FIG. 3A schematically represents an embodiment of a wireless communication system comprising a transmitter device and a receiver device, according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 3B schematically represents an embodiment of a wireless communication system comprising a transmitter device and a receiver device, according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 4A schematically represents an example of hardware architecture of a transmitter device according to the invention belonging to the communication system of FIG. 3A or of FIG. 3B;
  • FIG. 4B schematically represents an example of hardware architecture of a receiver device according to the invention belonging to the communication system of FIG. 3B;
  • FIG. 5A schematically represents the transmission of a signal in the form of a beam in a wireless communication system, in accordance with the state of the art.
  • FIG. 5B Figure 5B schematically shows the effects of applying the invention to the wireless communication system of Figure 5A;
  • FIG. 6 represents, in the form of a flowchart, a configuration method according to the invention, as it is implemented by the transmitter and/or receiver devices of FIG. 3A;
  • FIG. 7 represents, in the form of a flowchart, a particular mode of the control method illustrated by FIG. 6, when the determination step (E10) is implemented by the transmitter device;
  • FIG. 8 represents, in the form of a flowchart, a particular mode of the control method illustrated by FIG. 6, when the determination step (E10) is implemented by the receiver device;
  • FIG. 9 schematically represents the effects of the application of the invention to a wireless communication system, further comprising an intelligent reconfigurable device.
  • Figure 3A and Figure 3B schematically represent embodiments of a wireless communication system 300 according to the invention.
  • the communication system 300 includes:
  • a transmitter device TX equipped with N bs transmit antenna elements TX1,..., TX N bs positioned along an axis, N bs denoting an integer greater than 1; And - A receiver device RX equipped with a reception antenna element RX1.
  • the communication system 300 forms a MISO system (acronym for the English expression “Multiple Input Single Output”).
  • the antenna elements of the receiver device are spaced apart by a half-wavelength, 0.5 ⁇ with ⁇ being the wavelength emitted by the receiver device.
  • the transmitter device TX and the receiver device RX are configured here to communicate with each other via a wireless telecommunications network.
  • a wireless telecommunications network no limitation is attached to the form taken by the transmitter TX and receiver RX devices.
  • the transmitter device TX is a base station, and the receiver device RX is a terminal.
  • the transmitter device TX and the receiver device RX are separated by a real propagation channel 310 comprising a plurality of real propagation paths between the transmitter device TX and the receiver device RX, and which can be taken by a signal transmitted by the TX transmitter device.
  • the communication system 300 uses during communications between the transmitter device TX and the receiver device RX, a multi-carrier waveform of the OFDM type (for “Orthogonal Frequency Division Multiplexing”).
  • a multi-carrier waveform of the OFDM type for “Orthogonal Frequency Division Multiplexing”.
  • the use of such a waveform has the consequence that for a given (sub-)carrier, the propagation channel 310 is frequency flat (ie all frequencies are similarly attenuated by the propagation channel 310) .
  • This channel is then written in the form of a complex row vector denoted by h and having N BS columns.
  • the transmitter device TX is typically configured to apply in transmission, on the data that it sends to the receiver device RX, a precoding which is based on knowledge, at all times, by the transmitter device RX, of the channel of propagation 310 which separates it from the receiver device RX.
  • the precoding of the transmitter device TX aims to optimize, with regard to a determined operating criterion, transmission of signals in the form of beams to the receiver device RX.
  • the precoding of the transmitter device TX is of the MRT type, so as to optimize a quality of service criterion corresponding to a maximization of the bit rate received at the level of the receiver device RX.
  • the choice of such a precoder only constitutes a variant implementation of the invention, any other precoder based on the knowledge of the transmission channel and allowing the transmitter device to transmit beams in the starting directions of the paths propagation that can be considered.
  • an operating criterion that differs from a quality of service criterion, such as, for example, a network spectral efficiency criterion taking into account interference generated on other users, or a network energy efficiency criterion, or even an operating criterion combining several criteria together, these criteria possibly being of the quality of service type or not.
  • the operating criterion is a criterion set by an entity owning the communication system, such as for example a company wishing to offer communication services capable of satisfying customers within the framework of an optimization of quality of service. Consequently, said operating criterion differs from any regulatory framework to which the communication system 300 is likely to be confronted due to national legislation applicable to it.
  • the TX transmitter device is associated with a regulatory constraint corresponding to not exceeding, outside a predefined zone around said transmitter device, called "regulatory zone", a threshold value relating to an electromagnetic quantity .
  • a regulatory constraint corresponding to not exceeding, outside a predefined zone around said transmitter device, called "regulatory zone”, a threshold value relating to an electromagnetic quantity .
  • the communication system 300 is located in France. Therefore, this system 300 is subject to a regulatory framework aimed at defining limits of public exposure to electromagnetic field emissions, as specified in decree no. 2002-775. More particularly, it is considered here that the radioelectric signals generated by the transmitter device TX have a frequency comprised between 2 GHz and 300 GHz. Therefore, the regulations indicate in its appendix 2.2 (table A) that the electric field threshold value E not to be exceeded, for such a frequency range, is equal to 61 V/m (volt per meter).
  • the electromagnetic quantity considered in the remainder of the description for the regulatory constraint relates to the electric field.
  • another electromagnetic quantity such as for example the maximum emission power PIRE, or even possibly yet another quantity, such as for example a magnetic field intensity (expressed in amperes per meter), a magnetic induction (expressed in Tesla), etc.
  • a magnetic field intensity expressed in amperes per meter
  • a magnetic induction expressed in Tesla
  • the regulatory zone is obtained other than by means of a calculation formula.
  • a zone may correspond to a zone delimited following an on-site measurement campaign, around a transmitter device of the same type and by means of dedicated tools, such as for example a wideband isotropic probe, a spectrum, etc.
  • the regulatory zone is obtained by digital simulations based on a modeling of the transmitter device TX, taking into account the environment around the latter. It is also recalled that no limitation is attached to the shape of the regulatory zone defined around the transmitter device TX.
  • the transmitter device TX is configured to perform processing aimed at controlling the transmission of a signal in the form of beams, by implementing at least the steps E20 for determining a virtual propagation channel, E30 for determining a precoder, E40 for determining a transmission power of a configuration method according to the invention.
  • the receiver device is also configured to carry out processing aimed at controlling the transmission, by a transmitter device, of a signal in the form of beams, by putting in implements step E10 of determining a plurality of paths of a configuration method according to the invention.
  • FIG. 4A schematically represents an example of hardware architecture of the transmitter device TX belonging to the system 300 of FIG. 3A, for the implementation of said configuration method.
  • the transmitter device TX has the hardware architecture of a computer.
  • the transmitter device TX comprises, in particular, a processor 1, a random access memory 2, a read only memory 3 and a non-volatile memory 4. It also comprises a communication module 5.
  • the read only memory 3 of the transmitter device TX constitutes a recording medium in accordance with the invention, readable by the processor 1 and on which is recorded a computer program PROG_TX in accordance with the invention, comprising instructions for the execution of at least some of the steps of the configuration method according to the invention.
  • the PROG_TX program defines functional modules of the transmitter device TX, and relies on or controls the hardware elements 1 to 5 of the transmitter device TX mentioned above.
  • the TX transmitter device includes:
  • a module MOD_CNL for determining a virtual propagation channel comprising a plurality of virtual paths, a virtual path corresponding to one of the paths called “real paths” of a propagation channel called “real propagation channel", each virtual path having the same starting direction and the same phase shift as the real path to which it corresponds, and the virtual paths having an amplitude gain comprised in the same real and positive determined interval;
  • a MOD_PCD module for determining, as a function of said virtual propagation channel, a precoder configured to precode a signal intended to be transmitted in the form of beams pointing in the directions of the virtual paths, so that said beams all reach, in their direction, an electric field included in the same determined interval;
  • a module MOD_PUI for determining a transmission power, so that the electric field of said beams is less than a threshold value beyond a zone defined around the transmitter device TX.
  • real propagation path means a path taken by a signal between an antenna element of the transmitter device TX and the receiver device RX.
  • the signal By signal, reference is made here to an electromagnetic wave propagating by non-wired means, the frequencies of which are included in the traditional spectrum of radioelectric waves (a few hertz to several hundred gigahertz).
  • the signal is a 5G mobile telephone signal transmitted in the transmission band [3.4 - 3.8 GHz] and/or [24.25 - 27.5 GHz].
  • a virtual propagation path corresponds to a real propagation path whose amplitude gain is included in a determined interval of positive real numbers.
  • This interval is for example defined according to an amplitude gain value called "target value" (eg, "1"), and its amplitude depends for example on the hardware components of the transmitter device TX, on quantization errors, on calculation and/or data copy error.
  • target value eg, "1”
  • the virtual paths have the same gain in amplitude when said gains in amplitude are included in the determined interval of positive real numbers. It is also said by misuse of language that the beams have the same electric field when said electric fields are included in a determined interval of positive real numbers.
  • This virtual channel is then transmitted at the input of the module MOD_PCD for determining a precoder b MRT,eq which precodes a signal, for example by applying a precoding of the MRT type, so that the beams are generated in the same directions as if the precoding was applied to the real channel, but all with the same electric field value.
  • the transmitter device TX further comprises a module MOD_PTH_TX for determining a plurality Ns of so-called “real paths” paths of a propagation channel called “real propagation channel” between the device transmitter TX and the receiver device RX, each of the real paths being associated with an amplitude gain, a phase shift and a direction from said transmitter device TX.
  • the amplitude gain corresponds to the capacity of a transmitter device to increase the transmission power of a signal.
  • Attenuation corresponds to the relative decrease in the power of a signal during its transmission, and is equal to the inverse of the gain in amplitude.
  • the gain in amplitude is considered within the scope of the present invention, the developments which follow being in fact adaptable without difficulty by those skilled in the art in the case of the use of values attenuation.
  • One objective of the invention therefore amounts to optimizing the transmission of a signal in the form of beams, by configuring the transmitter device TX so that it transmits beams through a plurality of paths making it possible to reach the device receiver RX, by ensuring that the electric field is identical for each of said beams, and that said electric field is also lower than a threshold value E THRESH beyond a zone defined around the transmitter device TX.
  • the communication module 5 of the transmitter device TX enables it in particular to communicate with the receiver device RX, and for this purpose incorporates the antenna fitted to said transmitter device TX.
  • the communication module 5 integrates hardware and software means such as those described above to implement the configuration method.
  • FIG. 4B schematically represents an example of hardware architecture of the RX receiver device belonging to the system 300 of FIG. 3B, for the implementation of said configuration method, according to a particular embodiment.
  • the receiver device RX has the hardware architecture of a computer.
  • the receiver device RX comprises, in particular, a processor 1, a random access memory 2, a read only memory 3 and a non-volatile memory 4. It also comprises a communication module 5.
  • the read only memory 3 of the receiver device RX constitutes a recording medium in accordance with the invention, readable by the processor 1 and on which is recorded a computer program PROG_RX in accordance with the invention, comprising instructions for the execution of step E10 of determining a plurality of paths of the configuration method according to the invention.
  • the PROG_RX program defines functional modules of the RX receiver device, and relies on or controls the hardware elements 1 to 5 of the RX receiver device mentioned above.
  • the RX receiver device includes:
  • each pilot sequence being precoded by the transmitter device TX using a precoder associated with a direction in which the signal can be transmitted by this transmitter device TX;
  • the receiver device is able to perform an estimation of the real propagation channel, and to determine the real paths of said channel, as well as their phase shift. For each of the real paths, the phase shift and information representing the associated precoder are transmitted to the transmitter device TX. This information thus received by the transmitter device TX enables it to determine a starting direction and a fortiori a virtual propagation channel.
  • FIG. 5A schematically represents the transmission of a signal in the form of a beam in a wireless communication system, in accordance with the state of the art
  • FIG. 5B schematically represents the effects of the application of the invention to the same wireless communication system.
  • the communication system of FIG. 5A and of FIG. 5B comprises a transmitter device TX and a receiver device RX. Furthermore, the environment in which are located both devices include a DIF diffuser.
  • the transmitter device TX transmits a signal in the form of two beams F_1 and F_2, F_1 propagating via a direct path P_1 between the transmitter device TX and the receiver device RX, and F_2 propagating via a path P_2 passing through the diffuser DIF.
  • the beam F_1 leaves the circle C_P, which means that it does not comply with the regulatory constraint.
  • the beam F_2 does not leave the circle C_P, which therefore implies that it respects the regulatory constraint, but the bit rate received by the receiver device RX in the case where the signal passes through the path P_2 is however lower than the bit rate received if the signal passes through the path P_1.
  • FIG. 5B The application of the invention is illustrated by FIG. 5B and makes it possible both to adapt the electric field of the beam F_1 so that the regulatory constraint is respected, and to improve the bit rate received by the RX device.
  • the signal follows the path P_2
  • the electric field of the beam F_2 is equal to that of the beam F_1, while also respecting the regulatory constraint.
  • the electric field of the beams F_1 and F_2 is identical and maximized while respecting the regulatory constraint. Consequently, the operating criterion is improved in the case of FIG. 5B.
  • a propagation environment comprising N s broadcasters and a fortiori N s corresponding paths is considered.
  • the signal propagates from the antenna element n bs to the diffuser n s before reaching the receiver RX whose position is denoted M T .
  • ⁇ (n s ) The position of a scatterer n s is denoted ⁇ (n s ) ⁇ and the amplitude gain for the path n s from a position a0 corresponding to the center of the linear transmitter device to the position M T and passing through the position a(n s ) is denoted ⁇ (n s ) ⁇ C •
  • ⁇ (n s ) is a Gaussian complex random variable. It is also assumed that the scatterers are sufficiently distant (for example a hundred wavelengths) from the transmitter device TX and from the receiver device RX, so that the waves emitted by the transmitter device are considered to be plane waves.
  • FIG. 6 represents, in the form of a flowchart, a configuration method according to the invention, as it is implemented by the transmitter and/or receiver devices of FIG. 3A;
  • a first step E10 an estimation of the real propagation channel h is performed, and a plurality N s of real paths n s of the real propagation channel h between the transmitter device TX and the receiver device RX is determined. .
  • This step also makes it possible to estimate, for each of the paths, an amplitude gain, a phase shift and a direction.
  • Said step E10 is implemented by the determination module MOD_PTH_TX equipping the transmitter device TX or by the determination module MOD_PTH_RX equipping the receiver device RX.
  • FIG. 7 illustrates an example of estimation of a propagation channel in a wireless network according to a TDD mode (acronym of the English expression “Time Division Duplex”), and FIG. 8 according to a mode FDD (acronym of the Anglo-Saxon expression “Frequency Division Duplex”).
  • a propagation channel called “virtual propagation channel” h eq is determined by the transmitter device TX during a step referenced E20.
  • This virtual propagation channel comprises a plurality of virtual paths, a virtual path corresponding to one of the real paths.
  • Each virtual path has the same starting direction and the same phase shift as the real path to which it corresponds, and the virtual paths have an amplitude gain comprised in a same determined interval of positive real numbers.
  • the fact of equalizing the amplitude gain of each of the real paths of the real propagation channel makes it possible to obtain virtual paths which all have the same amplitude gain value.
  • Said step E20 is implemented by the determination module MOD_CNL equipping the transmitter device TX.
  • a precoder b MRT - eq is determined as a function of the virtual propagation channel h eq . This precoder then precodes a signal intended to be transmitted in the form of beams all having the same electric field.
  • the precoder MRT b MRT,eq is then expressed as follows with the hermitian vector of
  • the determination of a precoder of a transmitter device is a conventional operation known to those skilled in the art, and comprises the determination of coefficients of a precoding matrix making it possible to optimize transmitting the signal in the form of beams.
  • This determination advantageously allows, as mentioned above, the transmitter device TX to transmit beams in the directions of the previously determined propagation paths, these beams all reaching, in their direction, an electric field comprised in the same determined interval. In other words, each beam, in its particular direction, has the same electric field as the other beams.
  • Such an implementation is advantageous in comparison with the solutions of the prior art where the determination of a precoding matrix aimed at complying with a regulatory constraint leads to a reduction in the electric field of all the beams, and even of those which complied with said regulatory constraint prior to the application of the determined matrix.
  • the fact of transmitting at the input of the precoder propagation paths having the same amplitude gain value enables the transmitter device to emit beams in the directions of the previously determined propagation paths, these beams all having the same electric field.
  • Said step E30 is implemented by the determination module MOD_PCD equipping the transmitter device TX.
  • a transmission power Pt is determined, such that the resulting electric field is lower than said threshold value E THRESH beyond the predefined zone around the transmitter device TX.
  • Said step E40 is implemented by the determination module MOD_PUI equipping the transmitter device TX.
  • a transmitter device TX is considered equipped with an antenna having N bs antenna elements, and transmitting with a total power Pt a signal using a multi-carrier modulation (of the OFDM type) and precoded so as to form bundles.
  • a multi-carrier modulation of the OFDM type
  • There power Pt corresponds to the power when the wave is transmitted with the N bs antenna elements.
  • the power P(Pos) received at a position Pos (which may correspond to a position on the circle C_P of FIG. 5B) can be calculated, for a given sub-carrier, and is of the form with h(Pos) a vector representative of the propagation channel between the transmitter TX and the position Pos and b a precoder.
  • the vector h(Pos) is a row vector of complex coefficients and of dimension N bs , and b a column vector of complex coefficients of dimension N bs
  • the modulus of the electric field E(Pos) at the position Pos is then expressed as follows: with alpha a scalar constant depending on the wavelength and characteristics of the transmitting antenna. Regarding this alpha value, those skilled in the art can refer to the document “Electromagnetic Exposure and Quality of Service in the Downlink of Wireless Cellular Networks,” MK Karray, 2010 6th International Conference on Wireless and Mobile Communications, 2010, pp. 42-48.
  • the method further comprises a step E50 of transmitting a signal in the form of beams, using the precoder determined during step E30 and the transmission power determined during the step E40.
  • This step E50 includes a sub-step E50A of transmitting the signal by the transmitter device TX and a sub-step E50B of receiving the signal by the receiver device RX
  • FIG. 7 represents, in the form of a flowchart, a particular mode of the control method illustrated by FIG. 6, when the determination step E10 is implemented by the transmitter device TX.
  • this step E10 is referenced E10_TX and includes the sub-steps E100A, E110 and E120.
  • the steps common to the methods of FIGS. 6 and 7 bear the same references and are not described again, for the sake of simplicity.
  • sequences comprising pilot symbols also called “pilot sequences” are transmitted by the receiver device and received by the transmitter device TX during a step E100A.
  • the transmitter device TX compares the sequences received with reference sequences, and breaks down the uplink propagation channel (e.g., the channel located between the receiver device RX and the transmitter device TX) into a plurality of paths called “uplink paths”.
  • uplink propagation channel e.g., the channel located between the receiver device RX and the transmitter device TX
  • the transmitter device estimates during a step E120 the real propagation channel h.
  • the transmitter device TX then implements steps E20 to E40 previously described.
  • FIG. 8 represents, in the form of a flowchart, a particular mode of the control method illustrated by FIG. 6, when the determination step E10 is implemented by the receiver device RX.
  • this step E10 is referenced E10_RX and includes the sub-steps E130AB, E140, E150 and E160B.
  • the steps common to the methods of FIGS. 6 and 8 bear the same references and are not described again, for the sake of simplicity.
  • sequences are precoded by using, for each sequence, a separate precoder associated with a direction in which the signal can be transmitted by the transmitter device TX. These sequences are then transmitted and then received by the receiver device RX during a step referenced E130B.
  • the real propagation channel is estimated and broken down into a plurality of real paths. More particularly, for each real path, the receiver device determines a phase shift.
  • the phase shift and information identifying the precoder associated with said path are transmitted to the transmitter device TX during a step E160B.
  • the precoder identification information allows the transmitter device TX to determine the direction of the path associated with said precoder.
  • the transmitter device TX determines a virtual propagation channel comprising a plurality of virtual paths, a virtual path corresponding to one of the real paths, each virtual path having the same starting direction and the even phase shift than the real path to which it corresponds, and the virtual paths having an amplitude gain comprised in the same determined interval of real and positive numbers.
  • the transmitter device TX then implements steps E30 to E40 previously described.
  • FIG. 9 schematically represents the effects of applying the invention to a wireless communication system, further comprising an intelligent reconfigurable device (RIS).
  • RIS intelligent reconfigurable device
  • FIG. 1 a system composed of K ris ⁇ 1 intelligent reconfigurable devices RIS is considered.
  • Each RIS device is equipped with N ris antenna elements preferably spaced apart by a half-wavelength 0.5 ⁇ along an axis.
  • the position of the antenna element n ris (with 1 ⁇ n ris ⁇ N ris ) of the device k rls (with 1 ⁇ k ris ⁇ K rls ) is denoted ⁇ (n ris ,k ris ) ⁇ R 3x1 .
  • ⁇ 0(k ris ) ⁇ R 3x1 the center of the device k ris .
  • the signal propagates from the antenna element n bs of the transmitter device TX to the antenna element n laughs of the device k laughs , and is then multiplied by a weight corresponding to a phase shift, with a constant reflection amplitude r ris , with 0 ⁇ r ris ⁇ 1, which depends on the material components of the device, before propagating from the element n ris of the device to the position M T .
  • ⁇ (k ris ) the gain in amplitude for the path starting from position a0 to position M T and passing through the center ⁇ 0(k ris ) of the device k ris ⁇ ⁇ (k ris ) is a Gaussian variable. It is also considered that the RIS devices are sufficiently far from the transmitter device TX and from the receiver device RX (for example a hundred wavelengths), so that the approximation according to which the wave emitted is a plane wave is preserved.
  • the complex gain ⁇ (n bs , k ris , n ris ) between the position a(n bs ) of each element n bs and the position M T , of the receiver device when the path passes through an antenna element n ris of a device k rls at a position ⁇ (n ris , k ris ) is expressed as follows:
  • h ⁇ C 1xNbs then corresponds to the vector representative of the propagation channel between the transmitter device TX and M T when the paths of said channel pass through the DIF diffusers or the RIS devices.
  • the nth coefficient of h is then expressed as follows:
  • the weight associated with the signal reflected by the device k ris is denoted East the numbered coefficient n rls of the vector.
  • the configuration method comprises the following steps:
  • a first step of estimation, by the RIS device, of the propagation channel between said RIS device and the RX receiver device is implemented by configuring the receiver device RX so that it sends pilot sequences which, once received, are analyzed by the device RIS in order to determine this channel.
  • step E10 previously described.
  • step E20 a virtual propagation channel is determined which also takes into account the paths passing through the RIS devices.
  • the invention has been described up to now in the case where the amplitude gain of a virtual path is included in a determined interval of gain values, but the invention nevertheless remains applicable in the special case where the interval is a singleton.
  • the gain in amplitude of a virtual path can be equal to a target value included in the determined interval.
  • this target value corresponds to the middle of this interval.
  • the invention also remains applicable in the particular case where the electric field is a singleton. This is a fortiori the case when the gain of the virtual paths is equal to a target value.
  • the electric field can then be equal to a value included in the determined range of electric field values. Thus and according to one example, this value corresponds to the middle of this interval of electric field values.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de configuration d'un dispositif émetteur (TX) équipé d'une pluralité d'éléments d'antenne, l'invention permettant à la fois d'adapter le champ électrique du faisceau F_1 de sorte que la contrainte réglementaire est respectée, et d'améliorer le débit reçu par un dispositif récepteur (RX) dans le cas où le signal suit le chemin P_2, en faisant en sorte que le champ électrique du faisceau F_2 soit égal à celui du faisceau F_1, tout en respectant également la contrainte réglementaire. Autrement dit, le champ électrique des faisceaux F_1 et F_2 est identique et maximisé tout en respectant la contrainte réglementaire. En conséquence, le critère d'exploitation est amélioré.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé de configuration d'un dispositif émetteur, dispositif émetteur pour la mise en œuvre dudit procédé de configuration
Technique antérieure
[0001] La présente invention appartient au domaine général des télécommunications, et notamment au domaine des communications sans fil mises en œuvre sur des réseaux de type radio tels que des réseaux mobiles (e.g., 5G).
[0002] Elle concerne plus particulièrement un procédé de configuration d'un dispositif émetteur. Elle concerne également un dispositif émetteur d'un système de communication ; et un système de communication comprenant un dispositif émetteur selon l'invention et un dispositif récepteur.
[0003] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, bien que nullement limitative, dans le cas d'un système de communication comprenant un dispositif émetteur équipé d'une pluralité d'éléments d'antenne et un dispositif récepteur chacun équipé d'un seul élément d'antenne, aussi appelé système de communication MISO (Multiple Input Single Output).
[0004] Pour un dispositif émetteur appartenant à un système de communication sans fil et comportant une pluralité d'éléments d'antenne d'émission, il est connu d'utiliser un précodeur permettant de transmettre simultanément, à destination d'un dispositif récepteur appartenant au même système, un ou plusieurs signaux via les différents éléments d'antenne d'émission du dispositif émetteur. Un tel précodeur est basé sur la connaissance par le dispositif émetteur du canal de propagation (ou du canal de transmission) qui le sépare du dispositif récepteur. Il permet au dispositif émetteur de délivrer des données au dispositif récepteur avec une haute efficacité spectrale grâce à la formation de faisceaux (encore appelée « beamforming » dans la littérature anglo-saxonne) transportant les signaux.
[0005] Un tel précodeur est conçu de sorte que l'émission de signaux sous forme de faisceaux est optimisée au regard d'un critère d'exploitation déterminé, comme par exemple un critère de qualité de service de la transmission de données (maximisation du débit ou de la puissance reçue au niveau du dispositif récepteur, absence d'interférence entre symboles temporels au niveau du dispositif récepteur, etc.), ou un critère d'efficacité spectrale du réseau prenant en compte des interférences générées sur d'autres utilisateurs, ou bien encore un critère d'efficacité énergétique du réseau, etc. Des exemples connus de précodeurs sont par exemple ceux de type forçage à zéro (ou ZF pour « Zero Forcing » en anglais), ceux de type transmission à ratio maximal (ou MRT pour « Maximum Ratio Transmission » en anglais), ceux réalisant une formation de faisceaux propres (ou « eigenbeamforming » en anglais), ceux réalisant une formation de faisceaux par décomposition en valeurs propres (ou « SVD » pour « Singular Value Decomposition » en anglais), etc.
[0006] Par ailleurs, la conception actuelle d'un émetteur, bien que visant à optimiser un critère déterminé, est réalisée indépendamment de toute réglementation ayant trait à la limitation de l'exposition de personnes (public ou bien travailleurs) aux champs électromagnétiques, et susceptible d'être appliquée là où le dispositif émetteur se destine à fonctionner.
[0007] Une telle réglementation fixe des niveaux de champs (électrique, magnétique) ne devant pas être dépassés en fonction de la fréquence d'émission du dispositif émetteur. Ces niveaux de champs constituent des limites d'exposition qui peuvent être formulées de manière équivalente en termes de puissance rayonnée dans une certaine direction par le dispositif émetteur et reçue par une personne. Cette puissance rayonnée est appelée puissance isotrope rayonnée équivalente (PIRE).
[0008] Par exemple en France, et en ce qui concerne les travailleurs, une telle réglementation est inscrite dans le Code du travail aux articles R. 4453-1 à R. 4453-34. Pour ce qui est du public, la réglementation concernée est fournie par le décret n° 2002-775 faisant suite à la transposition de la recommandation européenne 1999/519/CE.
[0009] La réglementation fixe également une limite d'exposition associée à une distance réglementaire par rapport au dispositif émetteur, typiquement imposée par des contraintes d'implémentation géographique du dispositif émetteur et définie par une entité en charge de la gestion du système de communication (par exemple un opérateur téléphonique). De cette manière, il est possible de définir une zone réglementaire autour du dispositif émetteur au-delà de laquelle une limite d'exposition ne doit pas être dépassée.
[0010] Il convient également de noter que l'entité en charge de la gestion du système de communication peut définir des règles plus strictes, et ainsi définir une zone réglementaire restreinte comprise à l'intérieure de la zone réglementaire.
[0011] Cependant, il peut arriver qu'une limite d'exposition ne soit pas respectée suivant une ou plusieurs directions de faisceaux au-delà de la zone réglementaire associée au dispositif émetteur.
[0012] La figure 1 représente schématiquement, conformément à l'état de la technique, un mode d'émission de signaux entre un dispositif émetteur TX et un dispositif récepteur RX d'un système de communication sans fil.
[0013] Des éléments diffuseurs D_i, pour i variant de 2 à 6, de type connu en soi, existent dans l'environnement des dispositifs émetteur TX et récepteur RX. Ces éléments diffuseurs D_i correspondent par exemple à des murs ou des arbres sur lesquels une onde électromagnétique « rebondit ». Pour chacun de ces diffuseurs D_i, il existe un chemin de propagation entre les dispositifs émetteur TX et récepteur RX et passant par le diffuseur considéré. Les positions relatives des dispositifs émetteur TX et récepteur RX, ainsi que des diffuseurs D_i peuvent être repérées par des coordonnées géographiques, par exemple dans un repère cartésien.
[0014] La figure 1 illustre également le rayonnement du dispositif émetteur TX. Plus particulièrement, la figure 1 illustre de manière schématique la formation de six faisceaux F_i, pour i variant de 1 à 6, générés par le dispositif émetteur TX au moyen d'un précodeur. La figure 1 illustre également si ces six faisceaux F_i respectent ou non la réglementation au travers d'un cercle C_P entourant le dispositif émetteur TX. Comme explicité plus en détails ultérieurement, ce cercle C_P est ici représentatif de la zone réglementaire au-delà de laquelle le champ électrique doit demeurer en dessous d'une limite d'exposition maximale autorisée.
[0015] Plus spécifiquement, le cercle C_P correspond à une distance au-delà de laquelle un champ électrique maximal ne doit pas être dépassé, en fonction d'une direction angulaire considérée par rapport au dispositif émetteur TX. En outre, il importe de noter que ledit cercle C_P n'est pas une représentation effective de ladite zone réglementaire, cette dernière pouvant également prendre une forme quelconque, mais est néanmoins lié à celle-ci via notamment ladite limite d'exposition (autrement dit, la zone réglementaire n'est pas représentée sur la figure 1).
[0016] Par ailleurs, comme représenté à la figure 1, chaque faisceau a une forme sensiblement oblongue et pointe dans une direction particulière. Cette caractéristique résulte de l'utilisation, par le dispositif émetteur TX, d'un précodeur permettant au dispositif émetteur d'émettre des faisceaux dans des directions déterminées, tel qu'un précodeur de type transmission à ratio maximal, MRT.
[0017] Dès lors, et comme cela peut être constaté sur la figure 1, l'utilisation d'un tel précodeur par l'émetteur implique que la contrainte réglementaire n'est pas respectée suivant la direction du faisceau F_1. En effet, une portion du faisceau F_1 s'étend à l'extérieur du cercle C_P, ce qui signifie que le champ électrique maximal associé à la contrainte réglementaire est dépassé en dehors de la zone réglementaire.
[0018] Afin de contourner cette problématique, il a été proposé de diminuer la puissance électrique appliquée au dispositif émetteur TX tout en conservant un précodeur MRT, de sorte que la puissance d'émission effective de ce dernier soit inférieur à la puissance maximale d'émission pour laquelle il a été conçu.
[0019] Le fait de diminuer ainsi la puissance d'émission permet en effet de rendre conforme l'exploitation du dispositif émetteur vis-à-vis des limitations d'exposition imposées dans la zone réglementaire associée. Toutefois, une telle manière de procéder ne peut pas être considérée comme satisfaisante dans la mesure où elle affecte à la baisse le champ électrique émis dans toutes les directions des faisceaux. Il en résulte une forte dégradation des conditions d'exploitation du système de communication (diminution du débit ou de la puissance reçue au niveau du dispositif récepteur, etc.).
[0020] Cette situation désavantageuse est illustrée, à titre d'exemple nullement limitatif, dans la figure 2 qui correspond à la figure 1 après qu'une diminution de puissance conforme à l'état de la technique ait été appliquée au dispositif émetteur TX.
[0021] Tel qu'illustré sur la figure 2, le faisceau F_1 est désormais contenu dans le cercle C_P, de sorte que la contrainte réglementaire est désormais respectée par le dispositif émetteur TX. Il peut néanmoins être constaté que les autres faisceaux F_2 à F_6 ont vu leurs tailles respectives nettement diminuées, de sorte à être désormais très éloignés du champ électrique maximal associé au cercle C_P. Ces diminutions dégradent fortement la transmission des données du dispositif émetteur TX vers le dispositif récepteur RX.
Exposé de l'invention
[0022] La présente invention a pour objectif de remédier à tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur, notamment ceux exposés ci-avant, en proposant une solution qui permette de contrôler le champ électrique du dispositif émetteur de manière plus optimale que les solutions de l'art antérieur.
[0023] A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de configuration d'un dispositif émetteur équipé d'une pluralité d'éléments d'antenne, le procédé comprenant :
- une étape de détermination, par le dispositif émetteur ou un dispositif récepteur, d'une pluralité de chemins dits « chemins réels » d'un canal de propagation dit « canal de propagation réel » entre le dispositif émetteur et le dispositif récepteur, chacun des chemins réels étant associé à un gain en amplitude, un déphasage et une direction au départ dudit dispositif émetteur (TX) ;
- une étape de détermination, par le dispositif émetteur, d'un canal de propagation virtuel comprenant une pluralité de chemins virtuels, un chemin virtuel correspondant à un des chemins réels, chaque chemin virtuel ayant la même direction de départ et le même déphasage que le chemin réel auquel il correspond, et les chemins virtuels ayant un gain en amplitude compris dans un même intervalle déterminé réel et positif ;
- une étape de détermination, par le dispositif émetteur et en fonction dudit canal de propagation virtuel, d'un précodeur configuré pour précoder un signal destiné à être émis sous forme de faisceaux pointant dans les directions des chemins virtuels, de sorte que lesdits faisceaux atteignent tous, dans leur direction, un champ électrique compris dans un même intervalle déterminé; et, - une étape de détermination d'une puissance d'émission, de sorte que le champ électrique desdits faisceaux est inférieur à une valeur seuil au-delà d'une zone définie autour du dispositif émetteur.
[0024] De manière générale, on considère que les étapes d'un procédé de doivent pas être interprétées comme étant liées à une notion de succession temporelle.
[0025] Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le procédé de configuration peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
[0026] Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le précodeur est représenté sous la forme d'un vecteur colonne à coefficients complexes dont le nombre d'éléments est égal au nombre d'éléments d'antenne du dispositif transmetteur.
[0027] Dans des modes particuliers de mise en œuvre, au moins un desdits chemins réels passe par un diffuseur, et la direction de départ de ce chemin réel correspond à la direction d'une portion du chemin réel située entre ledit dispositif émetteur et le diffuseur.
[0028] Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le canal de propagation réel est en liaison descendante, l'étape de détermination des chemins réels est mise en œuvre par le dispositif émetteur, et cette étape comprend :
- une sous-étape de réception d'une séquence pilote émise par le dispositif récepteur et reçue depuis un canal de propagation en liaison montante ;
- une sous-étape de décomposition, en fonction de la séquence pilote reçue, dudit canal de propagation en liaison montante en une pluralité de chemins en liaison montante ; et les chemins réels sont déterminés en en tenant compte d'un principe de réciprocité des canaux de propagation en liaison montante et en liaison descendante.
[0029] Dans des modes particuliers de mise en œuvre, l'étape de détermination des chemins réels est mise en œuvre par le dispositif récepteur, et cette étape comprend :
- une sous-étape de réception, par le dispositif récepteur, d'une pluralité de séquences pilote en provenance du dispositif émetteur, chaque séquence pilote étant précodée en utilisant un précodeur associé à une direction dans laquelle le flux de données signal est émis par le dispositif émetteur ;
- une sous-étape de décomposition, par le dispositif récepteur et en fonction de la pluralité de séquences pilote reçues, du canal de propagation réel en la pluralité de chemins réels ;
- une sous-étape de détermination, par le dispositif récepteur et pour chaque chemin réel de la pluralité, d'un déphasage; - une sous-étape de transmission, par le dispositif récepteur et à destination du dispositif émetteur, du déphasage de chacun des chemins réels.
[0030] Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le dispositif émetteur et le dispositif récepteur forment un système qui comprend en outre au moins un dispositif reconfigurable intelligent permettant de générer un chemin supplémentaire entre le dispositif émetteur et le dispositif récepteur et passant par ledit dispositif reconfigurable intelligent. Le procédé comprend alors en outre une étape de détermination dudit chemin supplémentaire ; et le canal de propagation virtuel comprend un chemin virtuel correspondant audit chemin supplémentaire et dont le gain en amplitude est compris dans l'intervalle déterminé.
[0031] Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le canal de propagation virtuel déterminé lors de l'étape de détermination dudit canal est représenté par un vecteur ligne de coefficients complexes heq dont chaque coefficient est associé à un des éléments d'antenne du
Figure imgf000008_0002
dispositif émetteur, et le vecteur est de la forme :
Figure imgf000008_0001
avec veq (nbs, ns) le gain complexe associé au chemin de propagation entre une position a(nbs) de l'élément d'antenne nbs et une position MT du dispositif récepteur et passant par un diffuseur ns à une position σ(ns) égalisé à une valeur vcible comprise dans un intervalle déterminé de valeurs réelles et positives [vmin,vmax], veq (nbs, ns) étant de la forme : veq (nbs, ns) = vclble * v(nbs, ns)/|| v(nbs, ns) Il et avec v(nbs, ns) le gain complexe associé au chemin de propagation entre la position a(nbs) de l'élément d'antenne nbs et la position MT du dispositif récepteur et passant par le diffuseur ns à la position σ(ns), v(nbs, ns) étant de la forme : ; avec || A || la norme du vecteur
Figure imgf000008_0003
Figure imgf000008_0004
A, et β (ns) le gain en amplitude du chemin ns depuis une position a0 correspondant au centre du dispositif émetteur jusqu'à la position MT en passant par la position σ(ns) .
[0032] Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le précodeur déterminé lors de l'étape de détermination d'un précodeur est de type transmission à ratio maximal, MRT, et est de la forme :
Figure imgf000008_0005
avec heq+ le vecteur hermitien du vecteur heq. [0033] Dans des modes particuliers de mise en œuvre, toutes les étapes du procédé de configuration sont mises en œuvre par le dispositif émetteur.
[0034] Dans des modes particuliers de mise en œuvre, l'étape de détermination de la pluralité de chemins réels est mise en œuvre par le dispositif récepteur, et les autres étapes sont mises en œuvre par le dispositif émetteur.
[0035] Selon un second aspect, l'invention concerne un procédé de transmission comprenant toutes les étapes du procédé de configuration, et comprenant en outre une étape de transmission du signal par le dispositif émetteur.
[0036] Selon un troisième aspect, l'invention concerne un programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en œuvre d'un procédé de configuration selon l'invention lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur.
[0037] 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.
[0038] Selon un quatrième aspect, l'invention concerne un support d'informations ou d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur selon l'invention.
[0039] Le support d'informations ou d'enregistrement peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, telle qu'une mémoire de type Flash par exemple une clé USB ou un disque SSD (« Solid State Drive »), tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, tel qu'un disque dur, par exemple un disque dur HDD (« Hard Disk Drive »).
[0040] D'autre part, le support d'informations ou d'enregistrement 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.
[0041] Alternativement, le support d'informations ou d'enregistrement 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.
[0042] Selon un cinquième aspect, l'invention concerne un dispositif émetteur équipé d'une pluralité d'éléments d'antenne et comprenant : - un module de détermination d'un canal de propagation virtuel comprenant une pluralité de chemins virtuels, un chemin virtuel correspondant à un chemin réel d'un canal de propagation dit « canal de propagation réel », chaque chemin virtuel ayant une même direction de départ et un même déphasage que le chemin réel auquel il correspond, et les chemins virtuels ayant un gain en amplitude compris dans un même intervalle déterminé réel et positif ;
- un module de détermination, en fonction dudit canal de propagation virtuel, d'un précodeur configuré pour précoder un signal destiné à être émis sous forme de faisceaux pointant dans les directions des chemins virtuels, de sorte que lesdits faisceaux atteignent tous, dans leur direction, un champ électrique compris dans un même intervalle déterminé ; et,
- un module de détermination d'une puissance d'émission, de sorte que le champ électrique desdits faisceaux est inférieur à une valeur seuil au-delà d'une zone définie autour du dispositif émetteur.
[0043] Selon un sixième aspect, l'invention concerne un système de communication comportant un dispositif émetteur selon l'invention et un dispositif récepteur configuré pour recevoir le signal émis par le dispositif émetteur.
[0044] Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le système de communication selon l'invention, comprend en outre au moins un dispositif reconfigurable intelligent équipé d'une pluralité d'éléments d'antenne et permettant de générer au moins un chemin supplémentaire entre ledit dispositif émetteur et ledit dispositif récepteur et passant par ledit dispositif reconfigurable intelligent.
Brève description des dessins
[0045] D'autres caractéristiques et avantages de la 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 :
[Fig. 1] la figure 1 représente schématiquement, selon une vue en coupe horizontale et conformément à l'état de le technique, un mode d'émission de signaux entre un dispositif émetteur et un dispositif récepteur ;
[Fig. 2] la figure 2 correspond à la figure 1 après qu'une diminution de puissance conforme à l'état de la technique ait été appliquée au dispositif émetteur ;
[Fig. 3A] la figure 3A représente schématiquement un exemple de réalisation d'un système de communication sans fil comprenant un dispositif émetteur et un dispositif récepteur, selon un premier mode de réalisation de l'invention; [Fig. 3B] la figure 3B représente schématiquement un exemple de réalisation d'un système de communication sans fil comprenant un dispositif émetteur et un dispositif récepteur, selon un second mode de réalisation de l'invention;
[Fig. 4A] la figure 4A représente schématiquement un exemple d'architecture matérielle d'un dispositif émetteur selon l'invention appartenant au système de communication de la figure 3A ou de la figure 3B ;
[Fig. 4B] la figure 4B représente schématiquement un exemple d'architecture matérielle d'un dispositif récepteur selon l'invention appartenant au système de communication de la figure 3B ;
[Fig. 5A] la figure 5A représente schématiquement l'émission d'un signal sous forme de faisceau dans un système de communication sans fil, conformément à l'état de la technique.
[Fig. 5B] la figure 5B représente schématiquement les effets de l'application de l'invention au système de communication sans fil de la figure 5A ;
[Fig. 6] la figure 6 représente, sous forme d'ordinogramme, un procédé de configuration selon l'invention, tel qu'il est mis en œuvre par les dispositifs émetteur et/ou récepteur de la figure 3A ;
[Fig. 7] la figure 7 représente, sous forme d'ordinogramme, un mode particulier du procédé de contrôle illustré par la figure 6, lorsque l'étape (E10) de détermination est mise en œuvre par le dispositif émetteur ;
[Fig. 8] la figure 8 représente, sous forme d'ordinogramme, un mode particulier du procédé de contrôle illustré par la figure 6, lorsque l'étape (E10) de détermination est mise en œuvre par le dispositif récepteur ;
[Fig. 9] la figure 9 représente schématiquement les effets de l'application de l'invention à un système de communication sans fil, comprenant en outre un dispositif reconfigurable intelligent.
Description des modes de réalisation
[0046] La figure 3A et la figure 3B représentent schématiquement des exemples de réalisation d'un système 300 de communication sans fil conforme à l'invention.
[0047] Tel qu'illustré par la figure 3A et la figure 3B, le système 300 de communication comprend :
- un dispositif émetteur TX équipé de Nbs éléments d'antenne d'émission TX1,..., TX Nbs positionnés le long d'un axe, Nbs désignant un entier supérieur à 1 ; et - un dispositif récepteur RX équipé d'un d'élément d'antenne de réception RX1.
[0048] De cette manière, le système 300 de communication forme un système MISO (acronyme de l'expression anglo-saxonne « Multiple Input Single Output »).
[0049] Il convient toutefois de noter que le fait de considérer un seul élément d'antenne de réception au niveau du dispositif récepteur RX ne constitue en rien une limitation de l'invention. Ainsi, rien n'exclut de considérer un dispositif récepteur RX équipé d'une pluralité d'éléments d'antenne de réception RX1, ..., RXN, N désignant un entier supérieur à 1.
[0050] De manière préférentielle, les éléments d'antenne du dispositif récepteur sont espacés entre eux par une demi-longueur d'onde, 0.5 λ avec λ la longueur de l'onde émise par le dispositif récepteur.
[0051] Le dispositif émetteur TX et le dispositif récepteur RX sont configurés ici pour communiquer entre eux via un réseau de télécommunications sans fil. Toutefois, aucune limitation n'est attachée à la forme prise par les dispositifs émetteur TX et récepteur RX. Par exemple, quel que soit le dispositif considéré, il peut s'agir d'une station de base ou bien encore d'un terminal (« user equipment » selon la terminologie anglo-saxonne). Préférentiellement, le dispositif émetteur TX est une station de base, et le dispositif récepteur RX est un terminal.
[0052] Le dispositif émetteur TX et le dispositif récepteur RX sont séparés par un canal de propagation réel 310 comprenant une pluralité de chemins de propagations réels entre le dispositif émetteur TX et le dispositif récepteur RX, et pouvant être empruntés par un signal émis par le dispositif émetteur TX.
[0053] On suppose ici que le système 300 de communication utilise lors des communications entre le dispositif émetteur TX et le dispositif récepteur RX, une forme d'onde multi-porteuse de type OFDM (pour « Orthogonal Frequency Division Multiplexing » en anglais). L'utilisation d'une telle forme d'onde a pour conséquence que pour une (sous-)porteuse donnée, le canal de propagation 310 est plat en fréquence (i.e. toutes les fréquences sont atténuées de façon similaire par le canal de propagation 310). Ce canal s'écrit alors sous la forme d'un vecteur ligne complexe notée h et ayant NBS colonnes.
[0054] Le dispositif émetteur TX est typiquement configuré pour appliquer en émission, sur les données qu'il envoie au dispositif récepteur RX, un précodage qui s'appuie sur une connaissance, en chaque instant, par le dispositif émetteur RX, du canal de propagation 310 qui le sépare du dispositif récepteur RX.
[0055] Le précodage du dispositif émetteur TX vise à optimiser, au regard d'un critère d'exploitation déterminé, une émission de signaux sous forme de faisceaux vers le dispositif récepteur RX. [0056] Pour la suite de la description, on considère que le précodage du dispositif émetteur TX est de type MRT, de sorte à optimiser un critère de qualité de service correspondant à une maximisation du débit reçu au niveau du dispositif récepteur RX. Le choix d'un tel précodeur ne constitue qu'une variante d'implémentation de l'invention, tout autre précodeur basé sur la connaissance du canal d'émission et permettant au dispositif émetteur d'émettre des faisceaux dans les directions de départ des chemins de propagation pouvant être considéré.
[0057] Par ailleurs, rien n'exclut de considérer un critère d'exploitation qui diffère d'un critère de qualité de service, comme par exemple, un critère d'efficacité spectrale du réseau prenant en compte des interférences générées sur d'autres utilisateurs, ou un critère d'efficacité énergétique du réseau, ou bien encore un critère d'exploitation combinant plusieurs critères entre eux, ces critères pouvant être de type qualité de service ou non.
[0058] Il faut donc comprendre que le critère d'exploitation est un critère fixé par une entité propriétaire du système de communication, comme par exemple une entreprise souhaitant proposer des services de communication aptes à satisfaire des clients dans le cadre d'une optimisation de la qualité de service. Par conséquent, ledit critère d'exploitation diffère de tout cadre réglementaire auquel le système 300 de communication est susceptible d'être confronté en raison d'une législation nationale lui étant applicable.
[0059] Le dispositif émetteur TX selon l'invention est associé à une contrainte réglementaire correspondant au non dépassement, en dehors d'une zone prédéfinie autour dudit dispositif émetteur, dite « zone réglementaire », d'une valeur seuil relative à une quantité électromagnétique. Comme mentionné précédemment, une telle contrainte résulte d'un cadre réglementaire lié à la législation en vigueur là où le système 300 de communication est implanté, ou d'un cadre propre à l'entité en charge de la gestion du système de communication et qui est plus stricte que la législation en vigueur.
[0060] Pour la suite de la description, on considère, à titre nullement limitatif, que le système 300 de communication est implanté en France. Dès lors, ce système 300 est soumis à un cadre réglementaire visant à définir des limites d'exposition du public aux émissions de champ électromagnétiques, tel que précisé dans le décret n° 2002-775. Plus particulièrement, on considère ici que les signaux radioélectriques générés par le dispositif émetteur TX ont une fréquence comprise entre 2 GHz et 300 GHz. Dès lors, la réglementation indique dans son annexe 2.2 (tableau A) que la valeur seuil de champ électrique E à ne pas dépasser, pour une telle plage fréquentielle, est égale à 61 V/m (volt par mètre).
[0061] Il convient de noter que l'exemple précédent concernant la France a été donné à titre purement illustratif. Ainsi, aucune limitation n'est attachée au pays pouvant être considéré, l'homme de l'art étant en mesure d'accéder au cadre réglementaire adhoc. [0062] Rien n'exclut non plus de considérer d'autres plages de fréquences pour les signaux émis par le dispositif émetteur TX, de sorte à obtenir une valeur seuil pour le champ électrique qui soit différente de 61 V/m. De manière générale, aucune limitation n'est attachée au type de réseau de communication utilisé, comme cela a été mentionné ci-avant, ni à la plage fréquentielle considérée.
[0063] En outre, la quantité électromagnétique considérée dans la suite de la description pour la contrainte réglementaire concerne le champ électrique. Toutefois, rien n'exclut de considérer une autre quantité électromagnétique, comme par exemple la puissance maximale d'émission PIRE, voire éventuellement encore une autre quantité, comme par exemple une intensité de champ magnétique (exprimée en ampères par mètre), une induction magnétique (exprimée en teslas), etc. D'une manière générale, l'homme de l'art sait traduire une valeur seuil associée à une quantité électromagnétique donnée en une valeur seuil équivalente associée à une autre quantité électromagnétique.
[0064] Enfin, rien n'exclut que la zone réglementaire soit déterminée autrement que grâce à une formule de calcul. Par exemple, une telle zone peut correspondre à une zone délimitée suite à une campagne de mesures sur site, autour d'un dispositif émetteur de même type et au moyen d'outils dédiés, comme par exemple une sonde isotropique large bande, un analyseur de spectre, etc. Selon encore un autre exemple, la zone réglementaire est obtenue par simulations numériques à partir d'une modélisation du dispositif émetteur TX, en prenant en compte l'environnement autour de ce dernier. On rappelle également qu'aucune limitation n'est attachée à la forme de la zone réglementaire définie autour du dispositif émetteur TX.
[0065] Dans le cadre de la présente invention, le dispositif transmetteur TX est configuré pour réaliser des traitements visant à contrôler l'émission d'un signal sous forme de faisceaux, en mettant en œuvre au moins les étapes E20 de détermination d'un canal de propagation virtuel, E30 de détermination d'un précodeur, E40 de détermination d'une puissance d'émission d'un procédé de configuration selon l'invention.
[0066] Dans un mode de réalisation particulier (illustré en figure 8), le dispositif récepteur est également configuré pour réaliser des traitements visant à contrôler l'émission, par un dispositif émetteur, d'un signal sous forme de faisceaux, en mettant en œuvre l'étape E10 de détermination d'une pluralité de chemins d'un procédé de configuration selon l'invention.
[0067] La figure 4A représente schématiquement un exemple d'architecture matérielle du dispositif transmetteur TX appartenant au système 300 de la figure 3A, pour la mise en œuvre dudit procédé de configuration.
[0068] Tel qu'illustré par la figure 4A, le dispositif transmetteur TX dispose de l'architecture matérielle d'un ordinateur. Ainsi, le dispositif transmetteur TX comporte, notamment, un processeur 1, une mémoire vive 2, une mémoire morte 3 et une mémoire non volatile 4. Il comporte en outre un module de communication 5.
[0069] La mémoire morte 3 du dispositif transmetteur TX constitue un support d'enregistrement conforme à l'invention, lisible par le processeur 1 et sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur PROG_TX conforme à l'invention, comportant des instructions pour l'exécution d'au moins une partie des étapes du procédé de configuration selon l'invention.
[0070] Le programme PROG_TX définit des modules fonctionnels du dispositif transmetteur TX, et s'appuie ou commande les éléments matériels 1 à 5 du dispositif transmetteur TX cités précédemment. Le dispositif transmetteur TX comprend :
- un module MOD_CNL de détermination d'un canal de propagation virtuel comprenant une pluralité de chemins virtuels, un chemin virtuel correspondant à un des chemins dits « chemins réels » d'un canal de propagation dit « canal de propagation réel », chaque chemin virtuel ayant une même direction de départ et un même déphasage que le chemin réel auquel il correspond, et les chemins virtuels ayant un gain en amplitude compris dans un même intervalle déterminé réel et positif ;
- un module MOD_PCD de détermination, en fonction dudit canal de propagation virtuel, d'un précodeur configuré pour précoder un signal destiné à être émis sous forme de faisceaux pointant dans les directions des chemins virtuels, de sorte que lesdits faisceaux atteignent tous, dans leur direction, un champ électrique compris dans un même intervalle déterminé ; et,
- un module MOD_PUI de détermination d'une puissance d'émission, de sorte que le champ électrique desdits faisceaux est inférieur à une valeur seuil au-delà d'une zone définie autour du dispositif émetteur TX.
[0071] On rappelle que par chemin de propagation réel, on entend un chemin emprunté par un signal entre un élément d'antenne du dispositif émetteur TX et le dispositif récepteur RX.
[0072] Par signal, on fait référence ici à une onde électromagnétique se propageant par des moyens non filaires, dont les fréquences sont comprises dans le spectre traditionnel des ondes radioélectriques (quelques hertz à plusieurs centaines de gigahertz). A titre d'exemple nullement limitatif, le signal est un signal de téléphonie mobile 5G émis dans la bande d'émission [3,4 - 3,8 GHz] et/ou [24,25 - 27,5 GHz].
[0073] Au sens de l'invention, un chemin de propagation virtuel correspond à un chemin de propagation réel dont le gain en amplitude est compris dans un intervalle déterminé de nombres réels positifs. Cet intervalle est par exemple défini en fonction d'une valeur de gain en amplitude dite « valeur cible » (e.g., « 1 »), et son amplitude dépend par exemple des composants matériels du dispositif émetteur TX, d'erreurs de quantification, d'erreur de calcul et/ou de copie de données. Dans la suite de la description et par abus de langage, on dit que les chemins virtuels ont un même gain en amplitude lorsque lesdits gains en amplitude sont compris dans l'intervalle déterminé de nombres réels positifs. On dit également par abus de langage que les faisceaux ont un même champ électrique lorsque lesdits champs électriques sont compris dans un intervalle déterminé de nombres réels positifs.
[0074] Le fait d'égaliser le gain en amplitude des chemins réels du canal de propagation réel permet d'obtenir des chemins de propagation virtuels qui ont tous une même valeur de gain en amplitude. Ce canal virtuel est ensuite transmis en entrée du module MOD_PCD de détermination d'un précodeur bMRT,eq qui précode un signal, par exemple en appliquant un précodage de type MRT, de sorte que les faisceaux sont générés dans les mêmes directions que si le précodage était appliqué au canal réel, mais tous avec une même valeur de champ électrique.
[0075] Dans la suite de ce document, nous appelons par abus de langage « champ électrique » le module du champ électrique.
[0076] Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif transmetteur TX comprend en outre un module MOD_PTH_TX de détermination d'une pluralité Ns de chemins dits « chemins réels » d'un canal de propagation dit « canal de propagation réel » entre le dispositif émetteur TX et le dispositif récepteur RX, chacun des chemins réels étant associé à un gain en amplitude, un déphasage et une direction au départ dudit dispositif émetteur TX.
[0077] De manière connue, le gain en amplitude correspond à la capacité d'un dispositif émetteur à augmenter la puissance d'émission d'un signal. L'atténuation correspond quant à elle à la diminution relative de la puissance d'un signal au cours de sa transmission, et est égale à l'inverse du gain en amplitude. Aussi, aucune limitation n'est attachée au fait que le gain en amplitude est considéré dans le cadre de la présente invention, les développements qui suivent étant en effet adaptables sans difficulté par l'homme du métier dans le cas de l'utilisation de valeurs d'atténuation.
[0078] Un objectif de l'invention revient donc à optimiser l'émission d'un signal sous forme de faisceaux, en configurant le dispositif émetteur TX pour qu'il émette des faisceaux à travers une pluralité de chemins permettant d'atteindre le dispositif récepteur RX, en faisant en sorte que le champ électrique soit identique pour chacun desdits faisceaux, et que ledit champ électrique soit également inférieur à une valeur seuil ETHRESH au-delà une zone définie autour du dispositif émetteur TX.
[0079] Dans le cadre de la présente invention, le module de communication 5 du dispositif transmetteur TX lui permet notamment de communiquer avec le dispositif récepteur RX, et intègre à cet effet l'antenne équipant ledit dispositif transmetteur TX. Outre l'antenne, le module de communication 5 intègre des moyens matériels et logiciels tels que ceux décrits ci- avant pour mettre en œuvre le procédé de configuration. [0080] La figure 4B représente schématiquement un exemple d'architecture matérielle du dispositif récepteur RX appartenant au système 300 de la figure 3B, pour la mise en œuvre dudit procédé de configuration, selon un mode de réalisation particulier.
[0081] Tel qu'illustré par la figure 4B, le dispositif récepteur RX dispose de l'architecture matérielle d'un ordinateur. Ainsi, le dispositif récepteur RX comporte, notamment, un processeur 1, une mémoire vive 2, une mémoire morte 3 et une mémoire non volatile 4. Il comporte en outre un module de communication 5.
[0082] La mémoire morte 3 du dispositif récepteur RX constitue un support d'enregistrement conforme à l'invention, lisible par le processeur 1 et sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur PROG_RX conforme à l'invention, comportant des instructions pour l'exécution de l'étape E10 de détermination d'une pluralité de chemins du procédé de configuration selon l'invention.
[0083] Le programme PROG_RX définit des modules fonctionnels du dispositif récepteur RX, et s'appuie ou commande les éléments matériels 1 à 5 du dispositif récepteur RX cités précédemment. Le dispositif récepteur RX comprend:
- un module MOD_RX de réception d'une pluralité de séquences pilote, chaque séquence pilote étant précodée par le dispositif émetteur TX en utilisant un précodeur associé à une direction dans laquelle le signal peut être émis par ce dispositif émetteur TX ;
- un module MOD_DEC de décomposition, en fonction de la pluralité de séquences pilote reçues, du canal de propagation réel en une pluralité de chemins réels ;
- un module MOD_DET de détermination, pour chacun des chemins réels, d'un déphasage ;
- un module MOD_TX de transmission du déphasage de chacun des chemins réels.
[0084] De cette manière, le dispositif récepteur est en mesure d'effectuer une estimation du canal de propagation réel, et de déterminer les chemins réels dudit canal, ainsi que leur déphasage. Pour chacun des chemins réels, le déphasage et une information représentant le précodeur associé sont transmis au dispositif transmetteur TX. Ces informations ainsi reçues par le dispositif transmetteur TX lui permettent de déterminer une direction de départ et à fortiori un canal de propagation virtuel.
[0085] La figure 5A représente schématiquement l'émission d'un signal sous forme de faisceau dans un système de communication sans fil, conformément à l'état de la technique, et la figure 5B représente schématiquement les effets de l'application de l'invention au même système de communication sans fil.
[0086] Le système de communication de la figure 5A et de la figure 5B comprend un dispositif émetteur TX et un dispositif récepteur RX. Par ailleurs, l'environnement dans lequel sont situés ces deux dispositifs comprend un diffuseur DIF. Le dispositif émetteur TX émet un signal sous la forme de deux faisceaux F_1 et F_2, F_1 se propageant via un chemin P_1 direct entre le dispositif émetteur TX et le dispositif récepteur RX, et F_2 se propageant via un chemin P_2 passant par le diffuseur DIF.
[0087] Tel qu'illustré par la figure 5A, le faisceau F_1 sort du cercle C_P, ce qui signifie qu'il ne respecte pas la contrainte réglementaire. A contrario, le faisceau F_2 ne sort pas du cercle C_P, ce qui implique donc qu'il respecte la contrainte réglementaire, mais le débit reçu par le dispositif récepteur RX dans le cas où le signal passe par le chemin P_2 est toutefois inférieur au débit reçu dans le cas où le signal passe par le chemin P_1.
[0088] L'application de l'invention est illustrée par la figure 5B et permet à la fois d'adapter le champ électrique du faisceau F_1 de sorte que la contrainte réglementaire est respectée, et d'améliorer le débit reçu par le dispositif RX dans le cas où le signal suit le chemin P_2, en faisant en sorte que le champ électrique du faisceau F_2 soit égal à celui du faisceau F_1, tout en respectant également la contrainte réglementaire. Autrement dit, le champ électrique des faisceaux F_1 et F_2 est identique et maximisé tout en respectant la contrainte réglementaire. En conséquence, le critère d'exploitation est amélioré dans le cas de la figure 5B.
[0089] Pour la suite de la description, on considère un environnement de propagation comprenant Ns diffuseurs et à fortiori Ns chemins correspondants. Pour chaque chemin ns avec 1 ≤ ns ≤ Ns, le signal se propage depuis l'élément d'antenne nbs jusqu'au diffuseur ns avant d'atteindre le récepteur RX dont la position est notée MT. La position d'un diffuseur ns est notée σ(ns) ∈ et le gain en amplitude pour le chemin ns depuis une position a0 correspondant au centre du dispositif émetteur linéaire jusqu'à la position MT et en passant par la position a(ns) est notée β (ns) ∈ C • On suppose que β (ns) est une variable aléatoire complexe gaussienne. On suppose également que les diffuseurs sont suffisamment éloignés (par exemple une centaine de longueurs d'onde) du dispositif émetteur TX et du dispositif récepteur RX, de sorte que les ondes émises par le dispositif émetteur sont considérées comme étant des ondes planes.
[0090] Le gain complexe v(nbs, ns) entre chaque élément nbs à une position a(nbs) et MT, lorsque ce chemin passe par un diffuseur ns, s'exprime de la manière suivante :
Figure imgf000018_0001
[0091] Le vecteur représentatif du canal de propagation entre le dispositif émetteur TX et MT lorsque les chemins dudit canal passent par les diffuseurs ns est noté
Figure imgf000018_0002
. Le nième coefficient de h s'exprime de la manière suivante :
Figure imgf000018_0003
Figure imgf000019_0002
[0092] La figure 6 représente, sous forme d'ordinogramme, un procédé de configuration selon l'invention, tel qu'il est mis en œuvre par les dispositifs émetteur et/ou récepteur de la figure 3A ;
[0093] Lors d'une première étape E10, une estimation du canal de propagation réel h est effectuée, et une pluralité Ns de chemins réels ns du canal de propagation réel h entre le dispositif émetteur TX et le dispositif récepteur RX est déterminée. Cette étape permet également d'estimer, pour chacun des chemins, un gain en amplitude, un déphasage et une direction. Ladite étape E10 est mise en œuvre par le module MOD_PTH_TX de détermination équipant le dispositif émetteur TX ou par le module MOD_PTH_RX de détermination équipant le dispositif récepteur RX.
[0094] La figure 7 illustre un exemple d'estimation d'un canal de propagation dans un réseau sans fil selon un mode TDD (acronyme de l'expression anglo-saxonne « Time Division Duplex »), et la figure 8 selon un mode FDD (acronyme de l'expression anglo-saxonne « Frequency Division Duplex »).
[0095] Une fois le canal de propagation réel h sondé, un canal de propagation dit « canal de propagation virtuel » heq est déterminé par le dispositif émetteur TX lors d'une étape référencée E20. Ce canal de propagation virtuel comprend une pluralité de chemins virtuels, un chemin virtuel correspondant à un des chemins réels. Chaque chemin virtuel a la même direction de départ et le même déphasage que le chemin réel auquel il correspond, et les chemins virtuels ont un gain en amplitude compris dans un même intervalle déterminé de nombres réels positifs. Comme indiqué précédemment, le fait d'égaliser le gain en amplitude de chacun des chemins réels du canal de propagation réel permet d'obtenir des chemins virtuels qui ont tous une même valeur de gain en amplitude. Ladite étape E20 est mise en œuvre par le module MOD_CNL de détermination équipant le dispositif émetteur TX.
[0096] Autrement dit, soit βeq(ns) le gain en amplitude égalisé et le vecteur de
Figure imgf000019_0003
propagation représentatif du canal de propagation virtuel entre le dispositif émetteur et MT lorsque les chemins de propagation associés passent par des diffuseurs. Alors le nbs-ième coefficient s'exprime de la manière suivante :
Figure imgf000019_0004
Figure imgf000019_0001
avec veq (nbs, ns) le gain complexe associé au chemin de propagation entre une position a(nbs) de l'élément d'antenne nbs et une position MT du dispositif récepteur et passant par un diffuseur ns à une position σ(ns) égalisé à une valeur vcible > 0 comprise dans un intervalle déterminé de valeurs réelles et positives [vmin,vmax] , veq(nbs,ns) étant de la forme : veq (nbs, ns) = vclble * v(nbs, ns)/|| v(nbs, ns) Il
[0097] Puis lors d'une étape E30, un précodeur bMRT-eq est déterminé en fonction du canal de propagation virtuel heq. Ce précodeur précode alors un signal destiné à être émis sous forme de faisceaux ayant tous un même champ électrique.
[0098] Le précodeur MRT bMRT,eq s'exprime alors de la manière suivante avec
Figure imgf000020_0003
le vecteur hermitien de
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000020_0002
[0099] D'une manière générale, la détermination d'un précodeur d'un dispositif émetteur est une opération classique connue de l'homme de l'art, et comprend la détermination de coefficients d'une matrice de précodage permettant d'optimiser l'émission du signal sous forme de faisceaux. Cette détermination permet avantageusement, comme mentionné ci-avant, au dispositif transmetteur TX de transmettre des faisceaux dans les directions des chemins de propagation préalablement déterminés, ces faisceaux atteignant tous, dans leur direction, un champ électrique compris dans un même intervalle déterminé. Autrement dit, chaque faisceau, dans sa direction particulière, a le même champ électrique que les autres faisceaux.
[0100] Une telle mise en œuvre est avantageuse en comparaison avec les solutions de l'art antérieur où la détermination d'une matrice de précodage visant à respecter une contrainte réglementaire entraine une réduction du champ électrique de tous des faisceaux, et même de ceux qui respectaient ladite contrainte réglementaire préalablement à l'application de la matrice déterminée. Selon l'invention, le fait de transmettre en entrée du précodeur des chemins de propagation ayant une même valeur de gain en amplitude permet au dispositif émetteur d'émettre des faisceaux dans les directions des chemins de propagation préalablement déterminés, ces faisceaux ayant tous un même champ électrique.
[0101] Ladite étape E30 est mise en œuvre par le module MOD_PCD de détermination équipant le dispositif émetteur TX.
[0102] Lors d'une étape E40, une puissance d'émission Pt est déterminée, de sorte que le champ électrique résultant est inférieur à ladite valeur seuil ETHRESH au-delà de la zone prédéfinie autour du dispositif émetteur TX. Ladite étape E40 est mise en œuvre par le module MOD_PUI de détermination équipant le dispositif émetteur TX.
[0103] Plus précisément, on considère un dispositif émetteur TX équipé d'une antenne ayant Nbs éléments d'antenne, et émettant avec une puissance totale Pt un signal utilisant une modulation multi-porteuse (de type OFDM) et précodé de sorte à former des faisceaux. La puissance Pt correspond à la puissance lorsque l'onde est émise avec les Nbs éléments d'antenne.
[0104] La puissance P(Pos) reçue à une position Pos (pouvant correspondre à une position sur le cercle C_P de la figure 5B) peut-être calculée, pour une sous-porteuse donnée, et est de la forme
Figure imgf000021_0002
avec h(Pos) un vecteur représentatif du canal de propagation entre l'émetteur TX et la position Pos et b un précodeur. Le vecteur h(Pos) est un vecteur ligne de coefficients complexes et de dimension Nbs, et b un vecteur colonne de coefficients complexes de dimension Nbs
[0105] Concernant cet aspect, l'homme du métier peut se référer au document "Massive MU- MIMO downlink TDD systems with linear precoding and downlink pilots," H. Q. Ngo, E. G. Larsson and T. L. Marzetta, 2013 51st Annual Allerton Conference on Communication, Control, and Computing (Allerton), 2013, pp. 293-298.
[0106] Le module du champ électrique E(Pos) à la position Pos, s'exprime alors de la manière suivante :
Figure imgf000021_0001
avec alpha une constante scalaire dépendant de la de la longueur d'onde et de caractéristiques de l'antenne d'émission. Concernant cette valeur alpha, l'homme du métier peut se référer au document "Electromagnetic Exposure and Quality of Service in the Downlink of Wireless Cellular Networks," M. K. Karray, 2010 6th International Conference on Wireless and Mobile Communications, 2010, pp. 42-48.
[0107] De l'expression de E(Pos) ci-dessus, il est possible d'en déduire une expression de Pt telle que
Figure imgf000021_0003
[0108] Dans un mode de réalisation particulier, le procédé comprend en outre une étape E50 de transmission d'un signal sous forme de faisceaux, en utilisant le précodeur déterminé lors de l'étape E30 et la puissance d'émission déterminée lors de l'étape E40. Cette étape E50 comprend une sous-étape E50A d'émission du signal par le dispositif émetteur TX et une sous- étape E50B de réception du signal par le dispositif récepteur RX
[0109] La figure 7 représente, sous forme d'ordinogramme, un mode particulier du procédé de contrôle illustré par la figure 6, lorsque l'étape E10 de détermination est mise en œuvre par le dispositif émetteur TX. Dans ce mode particulier, cette étape E10 est référencée E10_TX et comprend les sous-étapes E100A, E110 et E120. Par ailleurs, les étapes communes aux procédés des figures 6 et 7 portent les mêmes références et ne sont pas à nouveau décrites, par souci de simplicité. [0110] Lors d'une première étape E110B, des séquences comprenant des symboles pilotes (aussi appelées « séquences pilotes ») sont émises par le dispositif récepteur et reçues par le dispositif émetteur TX lors d'une étape E100A.
[0111] Lors d'une étape E110, le dispositif émetteur TX compare les séquences reçues à des séquences de référence, et décompose le canal de propagation en liaison montante (e.g., le canal situé entre le dispositif récepteur RX et le dispositif émetteur TX) en une pluralité de chemins dits « chemins en liaison montante ».
[0112] Puis par application du principe de réciprocité des canaux de propagation en liaison montante et en liaison descendante, le dispositif émetteur estime lors d'une étape E120 le canal de propagation réel h.
[0113] Le dispositif transmetteur TX met ensuite en oeuvre les étapes E20 à E40 précédemment décrites.
[0114] La figure 8 représente, sous forme d'ordinogramme, un mode particulier du procédé de contrôle illustré par la figure 6, lorsque l'étape E10 de détermination est mise en œuvre par le dispositif récepteur RX. Dans ce mode particulier, cette étape E10 est référencée E10_RX et comprend les sous-étapes E130AB, E140, E150 et E160B. Par ailleurs, les étapes communes aux procédés des figures 6 et 8 portent les mêmes références et ne sont pas à nouveau décrites, par souci de simplicité.
[0115] Lors d'une première étape E110B, des séquences sont précodées en utilisant, pour chaque séquence, un précodeur distinct associé à une direction dans laquelle le signal peut être émis par le dispositif émetteur TX. Ces séquences sont ensuite transmises puis reçues par le dispositif récepteur RX lors d'une étape référencée E130B.
[0116] Puis lors d'une étape E140, le canal de propagation réel est estimé et décomposé en une pluralité de chemins réels. Plus particulièrement, pour chaque chemin réel, le dispositif récepteur détermine un déphasage.
[0117] Puis, pour chacun des chemins de propagation déterminés, le déphasage et une information d'identification du précodeur associé audit chemin sont transmis au dispositif transmetteur TX lors d'une étape E160B.
[0118] Une fois reçue par le dispositif transmetteur RX lors d'une étape E160A, l'information d'identification du précodeur permet au dispositif transmetteur TX de déterminer la direction du chemin associé audit précodeur.
[0119] Puis, lors d'une étape E20, le dispositif émetteur TX détermine un canal de propagation virtuel comprenant une pluralité de chemins virtuels, un chemin virtuel correspondant à un des chemins réels, chaque chemin virtuel ayant la même direction de départ et le même déphasage que le chemin réel auquel il correspond, et les chemins virtuels ayant un gain en amplitude compris dans un même intervalle déterminé de nombres réels et positifs.
[0120] Le dispositif transmetteur TX met ensuite en œuvre les étapes E30 à E40 précédemment décrites.
[0121] La figure 9 représente schématiquement les effets de l'application de l'invention à un système de communication sans fil, comprenant en outre un dispositif reconfigurable intelligent (RIS). Ce dispositif reconfigurable intelligent offre l'avantage de générer un chemin supplémentaire entre ledit dispositif émetteur TX et ledit dispositif récepteur TX et passant par ledit dispositif reconfigurable intelligent RIS.
[0122] Bien que cette figure ne comporte qu'un unique dispositif reconfigurable intelligent, aucune limitation n'est attachée au nombre de dispositifs reconfigurables intelligents que comprend le système. Pour la suite de la description, on considère un système composé de K ris ≥ 1 dispositifs reconfigurables intelligents RIS. Chaque dispositif RIS est équipé de Nris éléments d'antenne préférentiellement espacés d'une demi-longueur d'onde 0.5 λ le long d'un axe. La position de l'élément d'antenne nris (avec 1 ≤ nris ≤ Nris ) du dispositif krls (avec 1 ≤ kris ≤ Krls ) est noté μ(nris , kris) ∈ R3x1 . On note également μ 0(kris) ∈ R3x1 le centre du dispositif kris .
[0123] Pour chaque élément d'antenne nris de chaque dispositif kris , le signal se propage depuis l'élément d'antenne nbs du dispositif transmetteur TX jusqu'à l'élément d'antenne nris du dispositif kris, et est ensuite multiplié par un poids correspondant à un déphasage,
Figure imgf000023_0002
avec une amplitude de réflexion constante rris, avec 0 ≤ rris ≤ 1, qui dépend des composants matériels du dispositif, avant de se propager de l'élément nris du dispositif jusqu'à la position MT.
[0124] On note ∈(kris ) le gain en amplitude pour le chemin partant de la position a0 jusqu'à la position MT et passant par le centre μ 0(kris) du dispositif kris · ∈(kris) est une variable gaussienne. On considère également les dispositifs RIS sont suffisamment éloignés du dispositif émetteur TX et du dispositif récepteur RX (par exemple une centaine de longueurs d'onde), de sorte que l'approximation selon laquelle l'onde émise est une onde plane est préservée.
[0125] Le gain complexe ζ(nbs, kris , nris ) entre la position a(nbs) de chaque élément nbs et la position MT, du dispositif récepteur lorsque le chemin passe par un élément d'antenne nris d'un dispositif krls à une position μ(nris , kris) s'exprime de la manière suivante :
Figure imgf000023_0001
Figure imgf000024_0001
[0126] h ∈ C1xNbscorrespond alors au vecteur représentatif du canal de propagation entre le dispositif émetteur TX et MT lorsque les chemins dudit canal passent par les diffuseurs DIF ou les dispositifs RIS. Le nième coefficient de h s'exprime alors de la manière suivante :
Figure imgf000024_0010
Figure imgf000024_0002
[0127] Le poids associé au signal réfléchi par le dispositif kris est noté
Figure imgf000024_0003
est
Figure imgf000024_0004
le coefficient numéroté nrls du vecteur.
[0128] Selon ce mode particulier de réalisation, le procédé de configuration comprend les étapes suivantes :
- une première étape d'estimation, par le dispositif RIS, du canal de propagation entre ledit dispositif RIS et le dispositif récepteur RX. De manière relativement classique, cette étape est mise en œuvre en configurant le dispositif récepteur RX pour qu'il envoie des séquences pilotes qui, une fois reçues, sont analysées par le dispositif RIS afin de déterminer ce canal.
- une seconde étape de détermination, par le dispositif RIS, des poids de sorte que à
Figure imgf000024_0007
garantir la réflexion des signaux vers le dispositif récepteur RX. Les poids s'expriment
Figure imgf000024_0008
alors de la manière suivante :
Figure imgf000024_0005
[0129] Le procédé comprend ensuite l'étape E10 précédemment décrite. Puis lors de l'étape E20, un canal de propagation virtuel est déterminé qui prend également en compte les chemins passant par les dispositifs RIS.
[0130] De manière plus formelle, le vecteur représentatif du canal de propagation virtuel
Figure imgf000024_0009
s'exprime alors de la manière suivante :
Figure imgf000024_0006
[0131] Une fois le canal de propagation virtuel déterminé, les étapes E30 et E40 précédemment décrites sont alors mises en œuvre. [0132] L'invention a été décrite jusqu'à présent dans le cas où le gain en amplitude d'un chemin virtuel est compris dans un intervalle déterminé de valeurs de gain, mais l'invention n'en reste pas moins applicable dans le cas particulier où l'intervalle est un singleton. Dans ce cas particulier, le gain en amplitude d'un chemin virtuel peut être égal à une valeur cible comprise dans l'intervalle déterminé. Ainsi et selon un exemple, cette valeur cible correspond au milieu de cet intervalle.
[0133] L'invention reste également applicable dans le cas particulier où le champ électrique est un singleton. C'est à fortiori le cas lorsque le gain des chemins virtuels est égal à une valeur cible. Le champ électrique peut alors être égal à une valeur comprise dans l'intervalle déterminé de valeurs de champ électrique. Ainsi et selon un exemple, cette valeur correspond au milieu de cet intervalle de valeurs de champ électrique.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de configuration d'un dispositif émetteur (TX) équipé d'une pluralité (Nbs) d'éléments d'antenne (nbs), le procédé comprenant :
- une étape (E10) de détermination, par le dispositif émetteur (TX) ou un dispositif récepteur (RX), d'une pluralité (Ns) de chemins (ns) dits « chemins réels » d'un canal de propagation dit « canal de propagation réel » entre le dispositif émetteur (TX) et le dispositif récepteur (RX), chacun des chemins réels étant associé à un gain en amplitude, un déphasage et une direction au départ dudit dispositif émetteur (TX) ;
- une étape (E20) de détermination, par le dispositif émetteur (TX), d'un canal de propagation virtuel comprenant une pluralité de chemins virtuels, un chemin virtuel correspondant à un des chemins réels, chaque chemin virtuel ayant la même direction de départ et le même déphasage que le chemin réel auquel il correspond, et les chemins virtuels ayant un gain en amplitude compris dans un même intervalle déterminé réel et positif ;
- une étape (E30) de détermination, par le dispositif émetteur (TX) et en fonction dudit canal de propagation virtuel, d'un précodeur ( bMRT,eq) configuré pour précoder un signal destiné à être émis sous forme de faisceaux pointant dans les directions des chemins virtuels, de sorte que lesdits faisceaux atteignent tous, dans leur direction, un champ électrique compris dans un même intervalle déterminé ; et,
- une étape (E40) de détermination d'une puissance d'émission, de sorte que le champ électrique desdits faisceaux est inférieur à une valeur seuil (ETHRESH) au-delà d'une zone définie autour du dispositif émetteur (TX).
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel le canal de propagation réel est en liaison descendante, et dans lequel l'étape (E10) de détermination des chemins réels est mise en œuvre par le dispositif émetteur (TX), cette étape comprenant :
- une sous-étape (E100A) de réception d'une séquence pilote émise par le dispositif récepteur (RX), et reçue depuis un canal de propagation en liaison montante ;
- une sous-étape (E110) de décomposition, en fonction de la séquence pilote reçue, dudit canal de propagation en liaison montante en une pluralité de chemins en liaison montante ; les chemins réels étant déterminés en tenant compte d'un principe de réciprocité des canaux de propagation en liaison montante et en liaison descendante.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape (E10) de détermination des chemins réels est mise en œuvre par le dispositif récepteur (RX), cette étape comprenant :
- une sous-étape (E130B) de réception, par le dispositif récepteur (RX), d'une pluralité de séquences pilote en provenance du dispositif émetteur (TX), chaque séquence pilote étant précodée en utilisant un précodeur associé à une direction dans laquelle le signal est émis par le dispositif émetteur (TX) ;
- une sous-étape (E140) de décomposition, par le dispositif récepteur (RX) et en fonction de la pluralité de séquences pilote reçues, du canal de propagation réel en la pluralité de chemins réels (ns) ;
- une sous-étape (E150) de détermination, par le dispositif récepteur (RX) et pour chaque chemin réel de la pluralité, d'un déphasage;
- une sous-étape (E160B) de transmission, par le dispositif récepteur (RX) et à destination du dispositif émetteur (TX), du déphasage de chacun des chemins réels.
[Revendication 4] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif émetteur (TX) et le dispositif récepteur (RX) forment un système comprenant en outre au moins un dispositif reconfigurable intelligent (RIS), ledit dispositif reconfigurable intelligent permettant de générer un chemin supplémentaire entre ledit dispositif émetteur (TX) et ledit dispositif récepteur (RX) et passant par ledit dispositif reconfigurable intelligent (RIS), le procédé comprenant en outre une étape de détermination dudit chemin supplémentaire ; et ledit canal de propagation virtuel comprenant un chemin virtuel correspondant audit chemin supplémentaire et dont le gain en amplitude est compris dans ledit intervalle.
[Revendication 5] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le canal de propagation virtuel déterminé lors de l'étape (E20) de détermination est représenté par un vecteur (heq) ligne de coefficients complexes dont chaque coefficient est associé à un desdits éléments d'antenne du dispositif émetteur (TX), ledit
Figure imgf000027_0002
vecteur étant de la forme :
Figure imgf000027_0001
avec veq (nbs, ns) le gain complexe associé au chemin de propagation entre une position a(nbs) de l'élément d'antenne nbs et une position MT du dispositif récepteur et passant par un diffuseur ns à une position σ(ns), égalisé à une valeur vcible comprise dans un intervalle déterminé de valeurs réelles et positives [vmin,vmax] , veq (nbs, ns) étant de la forme : veq (nbs, ns) = vclble * v(nbs, ns)/|| v(nbs, ns) Il et avec v(nbs, ns) le gain complexe associé au chemin de propagation entre la position a(nbs) de l'élément d'antenne (nbs) et la position MT du dispositif récepteur (RX) et passant par le diffuseur ns à la position σ(ns), v(nbs, ns) étant de la forme : avec la norme du vecteur
Figure imgf000028_0001
Figure imgf000028_0002
A, et β (ns) le gain en amplitude du chemin ns depuis une position a0 correspondant au centre du dispositif émetteur (TX) jusqu'à la position MT, en passant par la position σ(ns).
[Revendication 6] Procédé selon la revendication 5, dans lequel le précodeur déterminé lors de l'étape (E30) de détermination d'un précodeur est de type transmission à ratio maximal, MRT, et est de la forme :
Figure imgf000028_0003
avec
Figure imgf000028_0004
le vecteur hermitien du vecteur
Figure imgf000028_0005
[Revendication 7] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 4 à 6, dans lequel toutes les étapes du procédé de configuration sont mises en œuvre par le dispositif émetteur (TX).
[Revendication 8] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 3 à 6, dans lequel l'étape (E10) de détermination de la pluralité (Ns) de chemins réels (ns) est mise en œuvre par le dispositif récepteur (RX), et les autres étapes du procédé de configuration sont mises en œuvre par le dispositif émetteur (TX).
[Revendication 9] Programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en œuvre d'un procédé de configuration selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur.
[Revendication 10] Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur selon la revendication 9.
[Revendication 11] Dispositif émetteur (TX) équipé une pluralité (Nbs) d'éléments d'antenne (nbs) et comprenant : - un module (MOD_CNL) de détermination d'un canal de propagation virtuel comprenant une pluralité de chemins virtuels, un chemin virtuel correspondant à un chemin réel d'un canal de propagation dit « canal de propagation réel », chaque chemin virtuel ayant une même direction de départ et un même déphasage que le chemin réel auquel il correspond, et les chemins virtuels ayant un gain en amplitude compris dans un même intervalle déterminé réel et positif ;
- un module (MOD_PCD) de détermination, en fonction dudit canal de propagation virtuel, d'un précodeur (bMRT,eq) configuré pour précoder un signal destiné à être émis sous forme de faisceaux pointant dans les directions des chemins virtuels, de sorte que lesdits faisceaux atteignent tous, dans leur direction, un champ électrique compris dans un même intervalle déterminé ; et,
- un module (MOD_PUI) de détermination d'une puissance d'émission, de sorte que le champ électrique desdits faisceaux est inférieur à une valeur seuil (ETHRESH) au-delà d'une zone définie autour du dispositif émetteur (TX).
[Revendication 12] Système de communication comportant un dispositif émetteur (TX) selon la revendication 11 et un dispositif récepteur (RX) configuré pour recevoir le signal émis par le dispositif émetteur (TX).
[Revendication 13] Système de communication selon la revendication 12, comprenant en outre au moins un dispositif reconfigurable intelligent (RIS) équipé d'une pluralité (NRIS) d'éléments d'antenne (nRIS) et permettant de générer au moins un chemin supplémentaire entre ledit dispositif émetteur (TX) et ledit dispositif récepteur (TX) et passant par ledit dispositif reconfigurable intelligent (RIS).
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US20140307704A1 (en) * 2013-04-12 2014-10-16 Broadcom Corporation Dynamic eirp constraint for a cellular communication system using a large number of base station antennas

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