WO2024002898A1 - Procédé de retransmission coopérative dans un système omamrc - Google Patents

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WO2024002898A1
WO2024002898A1 PCT/EP2023/067140 EP2023067140W WO2024002898A1 WO 2024002898 A1 WO2024002898 A1 WO 2024002898A1 EP 2023067140 W EP2023067140 W EP 2023067140W WO 2024002898 A1 WO2024002898 A1 WO 2024002898A1
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destination
source
subset
sources
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PCT/EP2023/067140
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Ali AL KHANSA
Raphaël Visoz
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Orange
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    • H04L2001/0097—Relays

Definitions

  • TITLE Cooperative retransmission process in an OMAMRC system
  • the present invention relates to the field of digital communications. Within this field, the invention relates more particularly to the transmission of coded data between at least two sources and a destination with relaying by nodes which may be relays or sources.
  • a relay does not have a message to transmit.
  • a relay is a node dedicated to relaying messages from sources while a source has its own message to transmit and can also in certain cases relay messages from other sources (in this case, the source is called cooperative).
  • the invention applies in particular, but not exclusively, to the transmission of data via mobile networks, for example for real-time applications, or for example via sensor networks.
  • Such a sensor network is a multi-user network, comprising several sources, several relays and a recipient, capable of using an orthogonal multiple access scheme of the transmission channel between the sources and the destination, denoted OMAMRC (“Orthogonal Multiple-Access Multiple-Relay Channel” according to Anglo-Saxon terminology).
  • OMAMRC Orthogonal Multiple-Access Multiple-Relay Channel
  • orthogonality between source and relay transmissions can be obtained by time multiplexing in the form of disjoint time slots.
  • the known OMAMRC transmission system comprises at least two sources. Each of these sources can operate at different times either exclusively as a source or as a relay node.
  • the system may optionally also include relays.
  • the node terminology covers both a relay and a source acting as a relay node or as a source.
  • the system considered is such that the sources can themselves be relays.
  • a relay differs from a source in that it does not have its own message to transmit, ie it only retransmits messages from other nodes.
  • Such an OMAMRC transmission system is described in the article S. Cerovic, R. Visoz, L. Madier “Efficient Cooperative HARQ for Multi-Source Multi-Relay Wireless Networks,” IEEE Eleventh International Workshop on Selected Topics in Mobile and Wireless Computing 2018.
  • the channels between the different nodes of the system are subject to slow fading and white Gaussian noise.
  • Knowledge of all channels in the system (via CSI: Channel State Information) by the destination is not available. Indeed, the channels between the sources, the channels between the relays, and the channels between the relays and the sources are not directly observable by the destination, and their knowledge by the destination would require too much exchange of information between the sources , relays and destination.
  • CDI Channel Distribution Information
  • CDI Channel Distribution Information
  • Channel adaptation is called slow type, meaning that before any transmission, the destination allocates initial flow rates to sources knowing the distribution of all channels (CDI: Channel Distribution Information).
  • CDI Channel Distribution Information
  • the CSI of the channels are assumed to be constant (slow fading hypothesis). Rate allocation is assumed not to change for several hundred frames, it only changes with CDL changes
  • a transmission method implemented in such an OMAMRC system distinguishes three phases: an initial phase and, for each frame to be transmitted, a 1st phase and a 2nd phase.
  • the transmission of a frame takes place in two phases which are possibly preceded by an additional phase called initial.
  • the destination determines an initial rate for each source by taking into account the average quality (for example SNR) of each of the channels in the system.
  • the average quality for example SNR
  • the destination estimates the quality (for example SNR) of the direct channels: source to destination and relay to destination according to known techniques based on the exploitation of reference signals.
  • the quality of the source - source, relay - relay and source - relay channels is estimated by the sources and the relays by exploiting, for example, the reference signals.
  • Sources and relays transmit the average channel qualities to the destination. This transmission occurs before the initialization phase. Only the average value of the quality of a channel being taken into account, its refreshing takes place on a long time scale, that is to say over a time which makes it possible to average out the rapid variations (fast fading) of the channel. This time is of the order of the time necessary to travel several tens of wavelengths of the frequency of the transmitted signal for a given speed.
  • the initialization phase occurs for example every 200 to 1000 frames.
  • the destination goes back to the sources via a return path the initial flow rates it has determined.
  • the initial flow rates remain constant between two occurrences of the initialization phase.
  • the M sources successively transmit their message during the M time intervals (time-slots) respectively using modulation and coding schemes determined from the initial bit rates.
  • the number N ⁇ of channel uses (channel use ie resource element according to 3GPP terminology) is fixed and identical for each of the sources.
  • the messages from the sources are transmitted cooperatively by the relays and/or by the sources.
  • This phase lasts at most T max time intervals (timeslots).
  • the number N 2 of channel uses is fixed and identical for each of the nodes (sources and relays) selected.
  • the independent sources broadcast their messages in the form of sequences of coded information for the attention of a single recipient.
  • Each source broadcasts its messages with the initial rate.
  • the destination communicates to each source its initial rate via very limited rate control channels.
  • the sources each in turn transmit their respective message during “time-slot” intervals each dedicated to a source.
  • the sources other than the one which transmits and possibly the relays, of the “Half Duplex” type receive the successive messages from the sources, decode them and, if they are selected, generate a message only from the messages from the sources decoded without error.
  • the selected nodes then access the channel orthogonally in time with each other during the second phase to transmit their generated message to the destination.
  • the destination can choose which node should transmit at any given time.
  • the present invention meets this objective.
  • the present invention relates to a transmission method intended for an OMAMRC telecommunications system with N nodes and a destination (d), the N nodes comprising M sources (s 1 ..., s M ) and possibly L relay (r 1 ..., r L ), with M ⁇ 2, L ⁇ 0, comprising a first phase during which the destination receives first redundancies (RV0) of messages transmitted successively by the M sources, the message of a source having been coded before transmission by incremental redundancy type coding comprising several redundancies and a second phase comprising the following steps implemented by the destination (d): broadcast of a control message identifying one or more sources for which it has not decoded without error said transmitted message, called non-decoded sources, reception of at least one identifier of at least one source (s i ) not decoded by the destination transmitted by a first set of nodes comprising at least one node, taken from among the N nodes, having decoded without error said message from a source s i
  • Such a method allows several nodes to simultaneously transmit the same redundancy for the same message from the same source in the same time interval.
  • each node of the system has its own independent power budget, the redundancy thus obtained improves the raw decoding performance of a source s, by proposing that certain nodes of the system, hereinafter called active nodes having decoded without error a message transmitted by the source s, according to a first redundancy retransmit simultaneously a second redundancy of this message, ie by using the same use of the channel (“channel use”).
  • active nodes form what we will call in the following an active set.
  • the equivalent transmission power for source s is multiplied by the number of active nodes in the system having decoded without error a message transmitted by source s, and participating in the retransmission.
  • the first and second redundancy may or may not be identical, for example when a repeating code is used, and may or may not include systematic bits.
  • the first redundancy is a code word.
  • the fact that the first redundancy is a code word makes it possible to go back to the transmitted message because there is a unique correspondence between code word and message which requires a coding efficiency less than or equal to 1.
  • the efficiency of retransmission is improved.
  • the nodes whose transmission has a limited power gain because their respective transmission channels are of low power are not requested to retransmit the message transmitted by the source s, even if it has been decoded without error by these nodes.
  • the determination of the active set ( ⁇ i ) comprises for at least one subset (A i ) of nodes taken from the first set of nodes: the determination of a utility metric as a function of the size of said subset (A i ) and the quality of a channel established between the source s i and the destination (d) via nodes of the subset (A i ), the determination, among the subsets of nodes taken from the first set of nodes, from the subset (A i ) whose determined utility metric is the largest as the active set ( ⁇ i ).
  • the constitution of the active set is carried out by seeking to maximize a utility metric, so as to find a compromise between the number of simultaneously active nodes (energy efficiency) and the gain in performance (spectral efficiency).
  • energy efficiency the number of simultaneously active nodes
  • spectral efficiency the gain in performance
  • the determination of the utility metric of a subset (A i ) comprises the determination of mutual information representative of the quality of a channel established between the source s i and the destination via the nodes of the subset (A i ), called mutual information relating to the subset (A i ), the utility metric being a function of said mutual information thus determined.
  • the quality of the channel established between the source and the destination via nodes of the subset is represented by the mutual information relating to the channel established between the source and the destination via the nodes of the subset.
  • the utility metric of a subset is proportional to the mutual information relating to said subset. In one example, the utility metric of a subset (A i ) is inversely proportional to an increasing function of the size of said subset (A i ), said increasing function exhibiting logarithmic growth.
  • the growth of mutual information is weighted by a denominator whose growth is logarithmic.
  • the choice of a growth quotient that is at least logarithmic comes from the fact that mutual information is a quantity that grows logarithmically at the asymptote, that is to say when the cardinal of the active set becomes very large. .
  • This choice of denominator, of logarithmic growth makes it possible to counterbalance this logarithmic growth at the asymptote.
  • the presence of such a logarithmic growth denominator makes it possible to determine an active set of smaller size than if the utility metric only depended on mutual information.
  • the denominator can grow logarithmically or faster than logarithmically. More precisely, in a power-limited regime (or low signal-to-noise ratio (SNR) regime), the mutual information presents a linear growth (with respect to the received power, i.e. with respect to the size of the subset of which the utility metric is calculated for the reference scenario). In a band-limited regime (or high SNR regime), mutual information grows logarithmically.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • an additional active node to the subset is only authorized if it contributes to an at least logarithmic increase in the spectral efficiency given by the value of the mutual information in number of bits per “channel use” or bits per second and per hertz (at least the gain of the band-limited or high SNR regime).
  • the discrete nature of the channel inputs taken into account in the calculation of the mutual information, results in the fact that the mutual information is capped by the number of bits q carried by the modulation.
  • increasing the power (hence the size of the subset for which the metric is determined) only leads asymptotically (i.e. when the size of this subset becomes very large) to negligible gains in spectral efficiency.
  • adding a node to this subset of large cardinal only increases the mutual information by a reduced value, since this mutual information is increased by q, and the subset having a large cardinal already presents a mutual information close to q.
  • the potential increase in mutual information then becomes negligible compared to the logarithmic growth of the denominator.
  • the active set thus determined (as optimal in the sense of the metric among the sets whose metric is calculated) is of reduced size, compared to the first set comprising all the nodes.
  • the method comprises the calculation of the utility metric M(A i ) is carried out for all the subsets A L taken from the first set of nodes.
  • This scheme for determining an active set is said to be exhaustive.
  • the destination determines the utility metric of all subsets of the set, before determining the best subset in the sense of the utility metric. This advantageously makes it possible to find the optimal active set for the utility metric.
  • the method further comprises the construction of a subset (A i ) initially equal to the empty set, said construction comprising at least one iteration of the following steps: determining a node (y) external to the sub-set set (A i ) having the greatest signal-to-noise ratio (SNR), if the addition of said node (y) to the subset (A i ) improves the utility metric of the subset (A i ), add the node (y) to the subset (A i ), at the last iteration, the subset (A i ) thus constructed being the active set ( ⁇ i ).
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the determination scheme of this example of determining an active set is heuristic. In other words, it is an approximation, compared to the exhaustive diagram described above. This heuristic scheme is considerably faster to execute, as the number of nodes that can potentially help increases.
  • this scheme is optimal when we are in a case called “equal gain combining”, in which all the relay nodes know the CSI of their channel with the destination. Each of these nodes can then know the phase of its channel with the destination, and compensate for this phase. This allows the destination to receive all messages at the same time. The combination of these redundancies is then coherent.
  • the best mutual information for a given number of active relay nodes is that linked to all of the N relay nodes having the best SNRs (ie the best channel qualities with the destination).
  • the method further comprises the determination, for at least one source (s i ) not decoded by the destination, of an associated set (H i ) comprising the nodes having decoded without error the message transmitted by said source not decoded by the destination, and determining the mutual information (SNR Hi ) relating to said associated set (H i ), and determining, among the at least one non-decoded source, the source whose associated set presents the highest relative mutual information, and determining the active set of said source thus determined, the active set of each of said at least one non-decoded source being equal to said active set thus determined.
  • SNR Hi mutual information
  • the diagram of this exemplary embodiment is heuristic, and sub-optimal, compared to an exhaustive diagram, but faster to calculate. Indeed, rather than determining the active set for each source taken in isolation, the destination first determines the source presenting the best channel established with the destination via the nodes of its set H i — assuming retransmission via the nodes of this set. Then, the destination searches for the best subset of the set Hi, and uses this subset thus determined as the active set for all sources.
  • the invention further relates to a system comprising M sources (s 1 , ..., s M ), L relay and a destination (d), M ⁇ 2, L ⁇ 0, for an implementation of a process of transmission as described above.
  • the invention further relates to a computer program product comprising program code instructions for implementing a method according to the invention as described above, when executed by a processor.
  • the invention further relates to a computer-readable recording medium on which a computer program is recorded comprising program code instructions for executing the steps of a method according to the invention as described.
  • a recording medium can be any entity or device capable of storing the program.
  • the medium may comprise a storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or even a magnetic recording means, for example a USB key or a hard disk.
  • such a recording medium may be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, which may be conveyed via an electrical or optical cable, by radio or by other means, so that the program computer it contains can be executed remotely.
  • the program according to the invention can in particular be downloaded onto a network, for example the Internet network.
  • the 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 which is the subject of the aforementioned invention.
  • FIG. 1 represents an embodiment of the invention described in the context of an OMAMRC system
  • FIG. 2 represents a transmission cycle of a frame
  • FIG. 3 represents the different stages of the transmission method which is the subject of the invention implemented by the system of Figure 1,
  • FIG. 4 represents a circular buffer allowing a redundancy of the message to be transmitted to be selected
  • FIG. 5 represents step E5 of the process shown in Figure 3,
  • FIG. 6 represents a first example of carrying out step E50 of step E5 shown in Figure 5,
  • [fig- 8] represents a destination belonging to an OMAMRC telecommunications system with M sources, possibly L relays and a destination, M ⁇ 2, L ⁇ 0 according to one embodiment of the invention.
  • L relays which belong to the relay set and a destination d.
  • sources, relays and destination are equipped with a single transmitting antenna
  • sources and relays are equipped with a single receiving antenna
  • the destination is equipped with N R receiving antennas;
  • T max ⁇ 1 is a system parameter
  • Receiver is available at the destination, sources and relays
  • Nodes include relays and sources that can behave as a relay when not transmitting their own message.
  • the nodes access the transmission channel according to an orthogonal time multiple access scheme which allows them to listen to the transmissions of other nodes without interference.
  • the nodes operate in a “half-duplex” mode.
  • Hi is the set of nodes a having decoded without error the message u i transmitted by the source Si
  • • ya,b,k is the signal received at node b of channel k corresponding to a signal issued by the node
  • • ys -,b,k is the signal received at the node of channel k corresponding to the signals emitted by the nodes
  • Ya,b is the average signal-to-noise ratio (SNR) which takes into account the effects of channel attenuation (path-loss) and masking (shadowing),
  • h a, b is the channel attenuation gain (fading) which follows a symmetrical circular complex Gaussian distribution with zero mean and variance y a, b (the received power which is proportional to the emitted power), the gains are independent of each other,
  • n a,b,k or n si,b,k are identically and independently distributed white Gaussian noise (AWGN) samples that follow a complex Gaussian distribution of circular symmetry with zero mean and unit variance.
  • AWGN white Gaussian noise
  • R s is a variable representing the initial flow rate of source s.
  • R s can take its values in the finite set itself
  • a s is a variable representing the ratio N 2 /N 1 s and can take its values in a finite set
  • A The signal received at the node of channel k corresponding to the signal transmitted by node a ES during the first phase can be written: (1)
  • the [fig. 3] represents the different stages of the transmission process, object of the invention, implemented by the system described above.
  • the coded sequence includes a first redundancy RVO which is a code word transmitted during N ls uses of the channel, k E ⁇ 1, ..., 1V 1 S ], the number N ls of uses of the channel depending on the source s.
  • the gains of the channels between sources, of the channels between relays and of the channels between sources and relays are not known to the destination. Only sources and relays can estimate a metric from these channels by exploiting reference signals in a manner similar to that used for direct channels. Taking into account the fact that the channel statistics are assumed to be constant between two initialization phases, the transmission, to the destination d, of the metrics by the sources and the relays only occurs at the same rate as the initialization phase . The channel statistics of each channel are assumed to follow a centered circular complex Gaussian distribution and the statistics are independent between channels. It is therefore sufficient to only consider the average SNR as a measure of the statistics of a channel.
  • the sources and relays therefore go back to the destination with metrics representative of the average SNR of the channels that they can observe.
  • the destination thus knows the average SNR of each channel.
  • the destination transmits for each source s a representative value (index, MCS, rate, etc.) of an initial rate Rt and a value aj.
  • Each of the initial rates unambiguously determines an initial modulation and coding scheme (MCS) or conversely each initial MCS determines an initial rate.
  • MCS modulation and coding scheme
  • Each source transmits its framed messages to the destination with the help of other sources and relays.
  • a frame occupies time slots during the transmission of M messages from respectively M sources.
  • the transmission of a frame (which defines a transmission cycle) takes place during M + T used time intervals: M intervals for the first phase of respective capacities N channel uses for each source i, T used intervals for a second phase which will be described later in this document.
  • each source S transmits after coding a message u s of K s bits of information being the two-element Galois body.
  • THE message us includes a CRC type code which makes it possible to verify the integrity of the message us .
  • the message u s is encoded according to the initial MCS. Since the initial MCSs may be different between sources, the lengths of the encoded messages may be different between sources.
  • the applied coding uses an incremental redundancy code, which can be based, for example but not exclusively, on existing codes such as convolutional codes, turbo codes, LDPC, etc.
  • a message transmitted by each source is encoded in a coded sequence of bits (there may be segmentation of the message into several independently encoded sub-blocks if the message is too long) by a very low efficiency mother code (for example 1/3), the coded bits are then placed in a circular buffer shown in [Fig. 4] comprising several reading start positions Pos. 0, Pos. 1, Pos. 2 and Pos. 3.
  • a circular buffer contains the coded bits of a message from a source encoded by a (possibly) systematic mother code of low efficiency and making it possible to select a particular redundancy of the message to be transmitted according to a starting position of reading in the circular buffer.
  • indices Pos. 0, Pos. 1, Pos. 2 and Pos. 3 correspond to different redundancy blocks/versions.
  • a node will read the number of encoded bits to send, corresponding to the number of channel uses available for a given modulation and message size, from the corresponding redundancy position by moving in the circular buffer in the direction of initial filling.
  • the incremental redundancy code is of systematic type, it is such that the first version of the redundancy block/version can be decoded independently of the other blocks/versions.
  • the M sources successively transmit the first redundancy RV0 of their respective messages u s coded during the M intervals, with respectively modulation and coding schemes determined from the values of the initial flow rates.
  • Each message transmitted to us corresponds to a source , a correctly decoded message is assimilated to the corresponding source by notation abuse.
  • the other sources and relays listen and attempt to decode the messages received at the end of each time interval.
  • a second transmission phase comprises steps E1 to E6.
  • the destination determines the success or otherwise of decoding the messages received using the CRC.
  • a given node can in fact act as a relay by cooperating with the sources to help the destination correctly decode messages from all sources.
  • This given node transmits (ie cooperates by transmitting) a redundant version of a message from a source that it has correctly decoded.
  • the second phase includes a maximum of T max time intervals (time slots) called rounds. Each round t ⁇ ⁇ 1, ... , T max ] has a capacity of N 2 uses of the channel.
  • the destination broadcasts an ACK type message.
  • a transmission cycle of a new frame begins with the erasure of the memories of the relays and the destination and with the transmission by the sources of new messages.
  • a retransmission method comprising steps E2 to E6 is implemented.
  • the destination broadcasts an MSG message identifying the source(s) for which it has decoded the message sent without error.
  • sources are called decoded sources.
  • the MSG message may be addressed to relays, sources capable of serving as relays, or both. This message is a control message.
  • Such a message broadcast by the destination includes, in a first implementation, identifiers of the sources for which the destination has decoded the message sent without error.
  • the nodes intercepting the broadcast message determine the sources for which the destination has not decoded the transmitted message without error.
  • the message broadcast by the destination includes identifiers of the sources for which the destination has not decoded the message transmitted without error.
  • the nodes intercepting the broadcast message immediately know the identity of the sources for which the destination has not decoded the transmitted message without error.
  • the destination informs the nodes using a limited feedback control channel to transmit the MSG message.
  • This MSG message is based on the decoding result of the messages received by the destination.
  • the destination thus controls the transmission of the nodes using this MSG message, which improves spectral efficiency and reliability, by increasing the probability of decoding of all sources by the destination
  • a node who has correctly decoded the message u s from one or more sources not correctly decoded by the destination at the end of the previous time interval (round) noted transmits to the destination, in a step E3, the identifier of these sources.
  • the destination selects a source s i for which retransmission is required.
  • a source s i is selected from the set of sources correctly decoded by one or more nodes at the end of the previous time interval t (round t), t ⁇ ⁇ 0, ..., T max ⁇ .
  • the source s i selected by the destination is the source for which a signal-to-noise ratio SNRi associated with a composite transmission channel, , established directly between each of the nodes having decoded without error the message sent u i by the source s i and the destination, is the highest.
  • the destination By choosing the source for which the composite transmission channel has a high signal-to-noise ratio, the destination increases its chances of decoding the message u i without error during its retransmission.
  • the destination d determines, among the sources and relays of H i , a subset, hereinafter called active set ⁇ i associated with the source s i , of nodes, called active nodes, intended to contribute to retransmitting the message sent by the source s i , and issues an RTM retransmission request to the active nodes belonging to the active set ( ⁇ i ).
  • This RTM retransmission request includes an identifier of the source Si-
  • step E6 a retransmission of a redundancy of the message u t transmitted by the source s i is carried out.
  • each active node Upon receipt of the retransmission request by the nodes of the active set, each active node, in step E6, transmits the same redundancy, modulated by a phase factor
  • the factor h a, d represents the transmission channel established between node a and the destination corresponds to the conjugate h a * d of the channel transmission h a, d established between node a and destination d divided by its norm
  • the factor ⁇ a, d represents the phase of the established transmission channel between this active node and the destination d.
  • the transmission power of each node in this step E6 is denoted P.
  • each of the active nodes knows the phase ⁇ a, d .
  • the combination at the destination of retransmissions by these active nodes is then coherent, because each node can compensate this phase by a factor so that all messages arrive at the destination at the same time, ensuring the consistency of the combination of these messages .
  • the signal-to-noise ratio SNRi of the composite transmission channel is therefore expressed in the form:
  • this second implementation of transmission is carried out such that all redundancies transmitted by the active nodes are received at the same time by the destination in a coherent manner.
  • the composite channel in this case is expressed according to the following formula:
  • Such a transmission mode makes it possible to obtain, on the destination side, a coherent combination of all the signals transmitted by the active nodes.
  • the redundancy of the message transmitted by each active node is the same. Such redundancy may be the RVO redundancy transmitted during the first PHI phase or any other redundancy of the message u i .
  • the transmission of redundancies can follow a predefined order of starting positions for reading the circular buffer for a message from a repeating source. For example with reference to [Fig. 4] for 4 redundancy blocks/versions, a systematic LDPC code and N the order can be Pos. 0, Pos. 2, Pos. 3, Pos. 1 and so on with RVO and RV3 the redundancy versions associated with Pos. 0 and Pos. 3 which can be decoded independently of other blocks/versions (each second transmission is self-decoding).
  • the signal-to-noise ratio SNR i of the composite transmission channel is expressed in the form:
  • each active node belonging to the first group D i On receipt of the retransmission request, each active node belonging to the first group D i transmits, in a step E6', the same redundancy of the message transmitted by the source s i modulated by a phase factor and each active node belonging to the second group E i transmits the same redundancy of said message transmitted by the source s i without phase modulation in the same time interval, so that all these redundancies transmitted by these active nodes are received at the same time by the destination d.
  • destination d will be able to provide such information to all active nodes in the system, further improving the quality of transmission.
  • the redundancy of the message transmitted by each active node having decoded without error the message u i transmitted by the source s i is the same for each of these active nodes.
  • Such redundancy can be the RVO redundancy transmitted during the first PHI phase or any other redundancy of the message u i .
  • the transmission of redundancies can follow a predefined order of starting positions for reading the circular buffer for the same message from a source which would need to be retransmitted several times.
  • a systematic LDPC code and the order can be Pos. 0, Pos. 2, Pos. 3, Pos. 1 and so on with RVO and RV3 the redundancy versions associated with Pos. 0 and Pos. 3 which can be decoded independently of other blocks/versions (each second transmission is self-decoding).
  • step E5 represents in more detail step E5, in which the destination d determines an active set ⁇ t, then requests to retransmit a redundancy of the message a that it could not decode without error to the active nodes constituting this set active ⁇ i .
  • the source s i which sent it (and whose destination seeks to obtain redundancy) and the index i of this source.
  • Step E5 comprises a step E50 of determining such an active set ⁇ i , and a step E52 of transmitting a retransmission request to the active nodes constituting this active set.
  • the determination of the active nodes constituting the active set ⁇ i is carried out among the sources and relays of the system .
  • the retransmission request is addressed, by the destination, to the active nodes of the active set ⁇ i .
  • the determination of the active set ⁇ i is carried out using a utility metric M: A i -> F(A i ).
  • the utility metric M(A i ) is determined by the destination for one or more subsets A i , these subsets A i , all being included in the set of sources and relays of the system.
  • the destination selects the subset A i presenting the highest utility metric M(A i ). In other words, the destination selects the most advantageous subset A i in the sense of this utility metric M.
  • the destination determines a utility metric M(A i ) for at least one subset A i of given nodes.
  • the utility metric M is a function of the size
  • the subset A i whose determined utility metric is the largest is then selected as the active set ⁇ i .
  • the set H i includes the nodes j of such as represents the nodes that were able to decode a message from the source in the previous frame represents the complement (in the set of nodes whose destination was able to decode without error in the previous frame t - 1.
  • the utility metric M of a given subset A i is proportional to mutual information with discrete input between the source s i and the destination d knowing the composite transmission channel h eq Ai established between the source and destination via the nodes of the subset A i .
  • the mutual information is a quantity representative of the quality of the channel established between the source s i and the destination d via the nodes of the subset A i .
  • Mutual information can be expressed in the form of a difference between the entropy H(x i ) of a message sent by the source s i and the conditional entropy of said message emitted by the source knowing the message y t received by the destination d.
  • conditional entropy is expressed as follows:
  • the denominator presents an increase logarithmic.
  • logarithmic growth it is meant at least logarithmic, that is to say that the growth of the denominator is either logarithmic or faster (linear, quadratic, exponential, etc.).
  • the utility metric M(A i ) of a subset A i is determined according to the following formula:
  • the utility metric of a subset A i is therefore inversely proportional to an increasing function of the size of said subset A i, said increasing function exhibiting logarithmic growth.
  • a denominator of the type comes from the fact that, in the regimes limited in power, the mutual information increases linearly with the received power while it increases logarithmically at high SNR or band limited regime.
  • transmission by an additional active node ie its integration into a subset by increasing the utility metric
  • the discrete nature of the channel inputs via mutual information is also important, because the mutual information is capped by the number of bits q carried by the modulation.
  • the coefficient is constant whatever , For example
  • n is a constant (not necessarily integer) greater than 1. In this case the denominator therefore exhibits exponential growth.
  • step E50 The general principle for obtaining the active set during step E50 has been described so far.
  • a first determination process represented [Fig. 6] the destination determines, during step E50 and for each source s i for which a retransmission of a redundancy can be requested by the destination, an active set ⁇ i .
  • This first process is called individual process, i.e. source by source.
  • the destination initializes the process (E510), by initiating, in a step E520, an iteration loop for each source s i of all the sources not decoded by the destination.
  • the destination determines in a step E530 the set H i of a source s i (on which we iterate), that is to say the set of all the nodes that can contribute to the retransmission of the message sent by this source if i (ie the nodes as otherwise formulated nodes having decoded the message sent by the source if).
  • the destination determines, for this source s i , the active set ⁇ i which is associated with it during a step E540.
  • the destination checks in a step E550 whether there are still sources for which the corresponding active set ⁇ i must be determined. If this is the case, the destination loops back to step E520, otherwise it completes the process in step E560.
  • step E540 comprises: the determination of all the subsets A i of the set H i , the determination, for each subset A i , of its corresponding utility metric M(A i ), determining the subset A i presenting the highest utility metric among the set of utility metrics determined as the active set ⁇ i of the source s i .
  • This embodiment is called an exhaustive process, because the destination determines an optimal subset in the sense of the utility metric in an exhaustive manner, that is to say that a metric is calculated for all configurations (i.e. all active subsets) possible.
  • step E540 the destination constructs the active set.
  • step E540 includes sorting the nodes j constituting the set H i in descending order of SNR, constructing a subset A i initially equal to the empty set, an iteration on the nodes j constituting the set H i in descending order of SNR, an iteration loop comprising: if the addition of node j to the subset A i improves the utility metric of the subset A i , effectively add this node j to the subset A i and continue the iteration, otherwise stop the iteration and select the subset A i as the active set ⁇ i for the source s i .
  • step E540 is called determination by decreasing SNR of the active set.
  • This determination by decreasing SNR has less complexity than the exhaustive determination, while making it possible to determine an active set which is an approximation of the optimal set in the sense of the utility metric M.
  • the active set determined by the determination by decreasing SNR is the optimal set in the sense of the utility metric M.
  • the messages are combined in a coherent (ie non-destructive) manner as explained above in point 5.1.3.
  • the equivalent channel is then a function of the gains
  • this determination by decreasing SNR in that it comprises the construction of a subset A i initially equal to the empty set, said construction comprising at least one iteration of the following steps: determining the node j not belonging to the subset A i having the largest signal-to-noise ratio (SNR), if the addition of said node j to the subset A i improves the utility metric of the subset A i , add the node j to the subset A i , otherwise stop the iteration, the subset A i thus constructed being the active set ⁇ i .
  • SNR signal-to-noise ratio
  • This common process differs from the source-by-source process in that several steps are shared between the different sources for which redundant retransmission of the message is requested by the destination.
  • step E50 of this common process determines an active set ⁇ i common to all sources s i for which retransmission of a redundancy is requested by the destination.
  • Step E50 thus includes an initialization step E515.
  • an I_MAX value is initialized to the value 0.
  • the destination starts, in a step E525, an iteration loop on the sources s i of all of the sources not decoded by the destination.
  • the destination determines in a step E535 its set H i .
  • the destination determines the mutual information relating to a channel established between the source s i and the destination d via the nodes of the set H i .
  • the destination determines the mutual information in a step E545 (that is to say the mutual information between the source s i and the destination d through the nodes constituting the set.
  • the destination compares in a step E555 this mutual information with the value I_MAX which represents the greatest value of mutual information relating to a channel established between the source s i and the destination d via the nodes of the set H i calculated so far. If (SNR H .) > I. _MAX, then this means that the set H i of the current source s i is the set granting to the source s i the best mutual information calculated so far, and the destination stores in memory this pair (s i , H i ) in a step E565, then loops back to the start of the iteration in step E525, if there remain sources s i on which the destination has not yet iterated.
  • the destination obtains the best source-set pair From this best pair the destination determines the active set ⁇ i for this source s i in a step E575. The destination selects this active set as an active set for all the sources for which a retransmission of a redundancy is requested by the destination, and completes the common process in a step E585.
  • Step E575 may include an exhaustive determination, as described in point 5.5.1.
  • step E575 may include a determination by decreasing SNR as described in point 5.5.2.
  • this common determination includes the determination, for at least one source s i not decoded, of an associated set H i (ie the set) comprising the nodes having decoded without error the message sent by said source, and the determination of the mutual information relating to said associated set H i , and determining, among the at least one non-decoded source, the source whose associated set presents the highest relative mutual information, and determining the active set of said source thus determined, the active set of each of said at least one non-decoded source being equal to said active set thus determined.
  • the [fig. 8] represents a destination intended for an OMAMRC telecommunications system with M sources, possibly L relays and a destination, M ⁇ 2, L ⁇ 0 according to one embodiment of the invention.
  • a destination is capable of implementing the transmission method according to Figure 3.
  • a destination can include at least one hardware processor 51, a storage unit 52, and at least one network interface 53 which are connected to each other via a bus 54.
  • the constituent elements of the destination can be connected using a connection other than a bus.
  • the processor 51 controls the operations of the destination.
  • the storage unit 52 stores at least one program for implementing the method according to one embodiment of the invention to be executed by the processor 51, and various data, such as parameters used for calculations carried out by the processor. 51, intermediate calculation data carried out by the processor 51, etc.
  • the processor 51 can be formed by any known and suitable hardware or software, or by a combination of hardware and software.
  • the processor 51 can be formed by dedicated hardware such as a processing circuit, or by a programmable processing unit such as a Central Processing Unit which executes a program stored in a memory. this one.
  • the storage unit 52 may be formed by any suitable means capable of storing the program(s) and data in a computer-readable manner. Examples of storage unit 52 include non-transitory computer-readable storage media such as solid-state memory devices, and magnetic, optical, or magneto-optical recording media loaded into a read and read unit. 'writing.
  • the network interface 53 provides a connection between the destination and all of the nodes

Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de transmission destiné à un système de télécommunication OMAMRC à M sources (s1,i..., sM), éventuellement L relais et une destination, M ≥ 2, L ≥0. Dans une telle solution, lorsqu'une source n'a pas pu être décodée par la destination, cette dernière détermine un ensemble actif (Â ι de nœuds parmi l'ensemble des nœuds du système ayant décodé la source puis organise une retransmission simultanée, par l'intermédiaire de cet ensemble actif, d'un message émis par cette dernière.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de retransmission coopérative dans un système OMAMRC
1. Domaine de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine des communications numériques. Au sein de ce domaine, l'invention se rapporte plus particulièrement à la transmission de données codées entre au moins deux sources et une destination avec relayage par des nœuds pouvant être des relais ou des sources.
Il est entendu qu'un relais n'a pas de message à transmettre. Un relais est un nœud dédié au relayage des messages des sources tandis qu'une source a son propre message à transmettre et peut en outre dans certain cas relayer les messages des autres sources (dans ce cas, la source est dite coopérative).
Il existe de nombreuses techniques de relayage connues sous leur appellation anglo- saxonne : « amplify and forward », « decode and forward », « compress-and-forward », « non- orthogonal amplify and forward », « dynamic decode and forward », etc.
L'invention s'applique notamment, mais non exclusivement, à la transmission de données via des réseaux mobiles, par exemple pour des applications en temps réel, ou par exemple via des réseaux de capteurs.
Un tel réseau de capteurs est un réseau multi-utilisateurs, comprenant plusieurs sources, plusieurs relais et un destinataire, pouvant utiliser un schéma d'accès multiple orthogonal du canal de transmission entre les sources et la destination, noté OMAMRC (« Orthogonal Multiple-Access Multiple-Relay Channel » selon la terminologie anglo-saxonne).
Selon ce schéma, l'orthogonalité entre les transmissions des sources et des relais peut être obtenue par un multiplexage en temps sous forme d'intervalles de temps disjoints.
2. Art antérieur et ses inconvénients
Il est connu de la demande WO 2019/162592 publiée le 29 août 2019 un système de télécommunication OMAMRC qui comprend M sources, éventuellement L relais et une destination, M ≥ 2, L ≥ 0 avec une mise en œuvre d'un schéma d'accès multiple orthogonal en temps du canal de transmission qui s'applique entre les nœuds pris parmi les M sources et les L relais. Le nombre maximum d'intervalles de temps par trame transmise est de M + Tmax avec M intervalles alloués pendant une première phase à la transmission successive des M sources et Tused ≤ Tmax intervalles pour une ou plusieurs transmissions coopératives alloués pendant une deuxième phase à un ou plusieurs nœuds sélectionnés par la destination selon une stratégie de sélection.
Le système de transmission OMAMRC connu comprend au moins deux sources. Chacune de ces sources peut fonctionner à des instants différents soit exclusivement comme une source, soit comme un nœud de relayage. Le système peut éventuellement comprendre en outre des relais. La terminologie nœud couvre aussi bien un relais qu'une source agissant comme un nœud de relayage ou comme une source. Le système considéré est tel que les sources peuvent elles-mêmes être des relais. Un relais se distingue d'une source en ce qu'il n'a pas de message à transmettre qui lui est propre, i.e. il ne fait que retransmettre des messages provenant d'autres nœuds. Un tel système de transmission OMAMRC est décrit dans l'article S. Cerovic, R. Visoz, L. Madier "Efficient Cooperative HARQ for Multi-Source Multi-Relay Wireless Networks,” IEEE Eleventh International Workshop on Selected Topics in Mobile and Wireless Computing 2018. Les canaux entre les différents nœuds du système sont sujets à des évanouissements lents (slow fading) et à du bruit blanc Gaussien. La connaissance de tous les canaux du système (via le CSI : Channel State Information) par la destination n'est pas disponible. En effet, les canaux entre les sources, les canaux entre les relais, et les canaux entre les relais et les sources ne sont pas directement observables par la destination, et leur connaissance par la destination nécessiterait un échange d'informations trop important entre les sources, les relais et la destination. Pour limiter le coût de la surcharge de la voie de retour (feedback overhead), seule une information sur la distribution/statistique des canaux (CDI : Channel Distribution Information) de tous les canaux, e.g. qualité moyenne (par exemple SNR moyen, SINR moyen) de tous les canaux, est supposée connue par la destination dans le but de déterminer les débits alloués aux sources.
L'adaptation de canal est dite de type lent c'est-à-dire qu'avant toute transmission, la destination alloue des débits initiaux aux sources connaissant la distribution de tous les canaux (CDI: Channel Distribution Information). En général, il est possible de remonter à la distribution CDI sur la base de la connaissance du SNR ou SINR moyen de chaque canal du système.
Pendant les transmissions des messages des sources formatés en trames les CSI des canaux sont supposés constants (hypothèse d'évanouissements lents). L'allocation de débit est supposée ne pas changer pendant plusieurs centaines de trames, elle change uniquement avec les changements de CDL
Un procédé de transmission mis en œuvre dans un tel système OMAMRC distingue trois phases : une phase initiale et, pour chaque trame à transmettre, une 1ere phase et une 2nde phase. La transmission d'une trame se déroule en deux phases qui sont éventuellement précédées d'une phase additionnelle dite initiale.
Lors de la phase d'initialisation, la destination détermine un débit initial pour chaque source en prenant en compte la qualité (par exemple SNR) moyenne de chacun des canaux du système.
La destination estime la qualité (par exemple SNR) des canaux directs : source vers destination et relais vers destination selon des techniques connues basées sur l'exploitation de signaux de référence. La qualité des canaux source - source, relais - relais et source - relais est estimée par les sources et les relais en exploitant par exemple les signaux de référence. Les sources et les relais transmettent à la destination les qualités moyennes des canaux. Cette transmission intervient avant la phase d'initialisation. Seule la valeur moyenne de la qualité d'un canal étant prise en compte, son rafraîchissement intervient à une échelle de temps longue, c'est-à-dire sur un temps qui permet de moyenner les variations rapides (fast fading) du canal. Ce temps est de l'ordre du temps nécessaire pour parcourir plusieurs dizaines de longueur d'onde de la fréquence du signal transmis pour une vitesse donnée. La phase d'initialisation intervient par exemple toutes les 200 à 1000 trames. La destination remonte aux sources via une voie de retour les débits initiaux qu'elle a déterminés. Les débits initiaux restent constants entre deux occurrences de la phase d'initialisation.
Lors de la première phase, les M sources transmettent successivement leur message pendant les M intervalles de temps (time-slots) en utilisant respectivement des schémas de modulation et de codage déterminés à partir des débits initiaux. Pendant cette phase, le nombre N± d'utilisations du canal (channel use i.e. ressource element selon la terminologie du 3GPP) est fixe et identique pour chacune des sources.
Lors de la deuxième phase, les messages des sources sont transmis de façon coopérative par les relais et/ou par les sources. Cette phase dure au maximum Tmax intervalles de temps (timeslots). Pendant cette phase, le nombre N2 d'utilisations du canal (channel use) est fixe et identique pour chacun des nœuds (sources et relais) sélectionnés. Les sources indépendantes entre elles diffusent pendant la première phase leurs messages sous forme de séquences d'informations codées à l'attention d'un seul destinataire. Chaque source diffuse ses messages avec le débit initial. La destination communique à chaque source son débit initial via des canaux de contrôle à débit très limité. Ainsi, pendant la première phase, les sources transmettent chacune à leur tour leur message respectif pendant des intervalles de temps « time- slot » dédiés chacun à une source.
Les sources autres que celle qui émet et éventuellement les relais, de type « Half Duplex » reçoivent les messages successifs des sources, les décodent et, s'ils sont sélectionnés, génèrent un message uniquement à partir des messages des sources décodés sans erreur.
Les nœuds sélectionnés accèdent ensuite au canal de manière orthogonale en temps entre eux pendant la seconde phase pour transmettre leur message généré vers la destination.
La destination peut choisir quel nœud doit transmettre à un instant donné.
Bien qu'une telle solution permette de maximiser l'efficacité spectrale moyenne (métrique d'utilité) au sein du système considéré sous-contrainte de respecter une qualité de service individuelle (QoS) par source, il est souhaitable d'essayer d'améliorer d'avantage les performances de décodage d'une source donnée.
La présente invention répond à cet objectif.
3. Exposé de l'invention
A cette fin, la présente invention a pour objet un procédé de transmission destiné à un système de télécommunication OMAMRC à N nœuds et une destination (d), les N nœuds comprenant M sources (s1 ... , sM) et éventuellement L relais (r1 ... , rL) , avec M ≥ 2, L ≥ 0, comprenant une première phase au cours de laquelle, la destination reçoit des premières redondances (RV0) de messages transmis successivement par les M sources, le message d'une source ayant été codé avant transmission par un codage de type à redondance incrémentale comprenant plusieurs redondances et une deuxième phase comprenant les étapes suivantes mises en œuvre par la destination (d) : diffusion d'un message de contrôle identifiant une ou plusieurs sources pour lesquelles elle n'a pas décodé sans erreur ledit message émis, dites sources non décodées, réception d'au moins un identifiant d'au moins une source (si) non décodée par la destination transmis par un premier ensemble de nœuds comprenant au moins un nœud, pris parmi les N nœuds, ayant décodé sans erreur ledit message d'une source si, détermination, parmi les nœuds du premier ensemble, d'un deuxième ensemble de nœuds, dit ensemble actif (Âi), associé à la source (si), émission d'une demande de retransmission dudit message de la source (si), à destination des nœuds de l'ensemble actif (Âi), et réception d'une même deuxième redondance du message de la source (si) transmise simultanément par au moins deux nœuds de l'ensemble actif (Âi) dans un même intervalle de temps.
Un tel procédé permet à plusieurs nœuds de transmettre simultanément une même redondance pour le même message d'une même source dans un même intervalle de temps.
Sachant que chaque nœud du système dispose de son propre budget de puissance indépendant, la redondance ainsi obtenue améliore les performances brutes de décodage d'une source s, en proposant que certains nœuds du système, ci-après appelés nœuds actifs ayant décodé sans erreur un message émis par la source s, selon une première redondance retransmettent simultanément une deuxième redondance de ce message, i.e. en utilisant une même utilisation du canal (« channel use »). Ces nœuds actifs forment ce qu'on appellera pour la suite un ensemble actif.
Ainsi, la puissance d'émission équivalente pour la source s, se trouve multipliée par le nombre de nœuds actifs du système ayant décodé sans erreur un message émis par la source s, et participant à la retransmission. La première et la deuxième redondance peuvent être identiques, par exemple lorsque l'on utilise un code à répétition, ou pas et comprendre ou pas des bits systématiques.
Dans ce procédé, il est précisé que la première redondance est un mot de code. Le fait que la première redondance soit un mot code permet de remonter au message transmis car il y a une correspondance unique entre mot de code et message ce qui nécessite un rendement de codage inférieur ou égal à 1.
En évitant de solliciter systématiquement tous les nœuds du système, l'efficacité de la retransmission se trouve améliorée. Ainsi, par exemple, les nœuds dont la transmission présente un gain de puissance limité car leurs canaux de transmission respectifs sont de faible puissance ne sont pas sollicités pour retransmettre le message émis par la source s, même s'il a été décodé sans erreur par ces nœuds.
En évitant d'activer certains nœuds pour la retransmission considérée, il est alors possible de limiter la formation d'interférences. Enfin, la consommation énergétique du réseau est réduite, car les nœuds n'apportant pas de réel gain en performance ne sont pas sollicités.
Dans un exemple, la détermination de l'ensemble actif (Âi) comprend pour au moins un sous-ensemble (Ai) de nœuds pris parmi le premier ensemble de nœuds : la détermination d'une métrique d'utilité en fonction de la taille dudit sous-ensemble (Ai) et de la qualité d'un canal établi entre la source si et la destination (d) via des nœuds du sous- ensemble (Ai), la détermination, parmi les sous-ensembles de nœuds pris parmi le premier ensemble de nœuds, du sous-ensemble (Ai) dont la métrique d'utilité déterminée est la plus grande comme ensemble actif (Âi).
Ici, la constitution de l'ensemble actif est réalisée en cherchant à maximiser une métrique d'utilité, de sorte à trouver un compromis entre le nombre de nœuds simultanément actifs (efficacité énergétique) et le gain en performance (efficacité spectrale). L'efficacité générale du procédé est améliorée, sans que cela ne se traduise par une dégradation de la qualité de la retransmission.
Dans un exemple, la détermination de la métrique d'utilité d'un sous-ensemble (Ai) comprend la détermination d'une information mutuelle représentative de la qualité d'un
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canal établi entre la source si et la destination via les nœuds du sous-ensemble (Ai), appelée information mutuelle relative au sous-ensemble (Ai), la métrique d'utilité étant une fonction de ladite information mutuelle ainsi déterminée.
Dans ce cas, la qualité du canal établi entre la source et la destination via des nœuds du sous-ensemble est représentée par l'information mutuelle relative au canal établi entre la source et la destination via les nœuds du sous-ensemble.
Dans un exemple, la métrique d'utilité d'un sous-ensemble est proportionnelle à l'information mutuelle relative audit sous-ensemble. Dans un exemple, la métrique d'utilité d'un sous-ensemble (Ai) est inversement proportionnelle à une fonction croissante de la taille dudit sous-ensemble (Ai), ladite fonction croissante présentant une croissance logarithmique.
Dans cet exemple, on se place dans un scenario, dit scénario de référence, correspondant à des évanouissements égaux pour tous les liens entre les sources appartenant à (Ai) et la destination (d). Dans ce cas la puissance reçue à destination est proportionnelle à la cardinalité du sous-ensemble (Ai). Cela permet d'obtenir une approximation du comportement asymptotique du comportement de l'information mutuelle relative au sous-ensemble (Ai).
Ici, la croissance de l'information mutuelle est pondérée par un dénominateur dont la croissance est logarithmique. Le choix d'un quotient de croissance au moins logarithmique provient du fait que l'information mutuelle est une grandeur qui croît de manière logarithmique à l'asymptote, c'est-à-dire lorsque le cardinal de l'ensemble actif devient très grand. Ce choix de dénominateur, de croissance logarithmique, permet de contrebalancer cette croissance logarithmique à l'asymptote. La présence d'un tel dénominateur de croissance logarithmique permet de déterminer un ensemble actif de plus petite taille que si la métrique d'utilité ne dépendait que de l'information mutuelle.
Le dénominateur peut croître de manière logarithmique ou de manière plus rapide que logarithme. Plus précisément, dans un régime limité en puissance (ou régime à bas rapport signal à bruit (SNR)), l'information mutuelle présente une croissance linéaire (par rapport à la puissance reçue, i.e. par rapport à la taille du sous-ensemble dont la métrique d'utilité est calculée pour le scenario de référence). Dans un régime limité en bande (ou régime à fort SNR), l'information mutuelle croît de manière logarithmique. Ainsi, l'ajout d'un nœud actif supplémentaire au sous- ensemble n'est autorisée que si celui-ci contribue à une augmentation au moins logarithmique de l'efficacité spectrale donnée par la valeur de l'information mutuelle en nombre de bits par « channel use » ou bits par seconde et par hertz (au moins le gain du régime limité en bande ou à fort SNR).
De plus, le caractère discret des entrées du canal, pris en compte dans le calcul de l'information mutuelle, entraîne le fait que l'information mutuelle est plafonnée par le nombre de bits q portés par la modulation. De fait, augmenter la puissance (donc la taille du sous-ensemble dont on détermine la métrique) n'amène asymptotiquement (i.e. quand la taille de ce sous- ensemble devient très grande) que des gains en efficacité spectrale négligeables. Dit autrement, ajouter un nœud à ce sous-ensemble de grand cardinal n'augmente l'information mutuelle que d'une valeur réduite, puisque cette information mutuelle est majorée par q, et que le sous- ensemble ayant un grand cardinal présente déjà une information mutuelle proche de q. L'augmentation potentielle de l'information mutuelle devient alors négligeable par rapport à la croissance logarithmique du dénominateur. L'ensemble actif ainsi déterminé (comme optimal au sens de la métrique parmi les ensembles dont la métrique est calculée) est de taille réduite, comparé au premier ensemble comprenant tous les nœuds.
Dans un exemple, le procédé comprend le calcul de la métrique d'utilité M(Ai) est effectué pour tous les sous-ensembles AL pris parmi le premier ensemble de nœuds.
Ce schéma de détermination d'un ensemble actif est dit exhaustif. Ici, la destination détermine la métrique d'utilité de tous les sous-ensembles de l'ensemble, avant de déterminer le meilleur sous-ensemble au sens de la métrique d'utilité. Cela permet avantageusement de trouver l'ensemble actif optimal pour la métrique d'utilité. Dans un exemple, le procédé comprend en outre la construction d'un sous-ensemble (Ai) initialement égal à l'ensemble vide, ladite construction comprenant au moins une itération des étapes suivantes : déterminer un nœud (y) extérieur au sous-ensemble (Ai) présentant le plus grand rapport signal à bruit (SNR), si l'ajout dudit nœud (y) au sous-ensemble (Ai) améliore la métrique d'utilité du sous- ensemble (Ai), ajouter le nœud (y) au sous-ensemble (Ai), à la dernière itération, le sous-ensemble (Ai) ainsi construit étant l'ensemble actif (Âi).
Le schéma de détermination de cet exemple de détermination d'un ensemble actif est heuristique. Dit autrement, il s'agit d'une approximation, comparé au schéma exhaustif décrit plus haut. Ce schéma heuristique est considérablement plus rapide à exécuter, dès lors que le nombre de nœuds pouvant potentiellement aider croît.
De plus, ce schéma est optimal lorsqu'on est dans un cas dit « equal gain combining », dans lequel tous les nœuds relais connaissent le CSI de leur canal avec la destination. Chacun de ces nœuds peut alors connaître la phase de son canal avec la destination, et compenser cette phase. Cela permet à la destination de recevoir tous les messages en même temps. La combinaison de ces redondances est alors cohérente. Dans ce cas, la meilleure information mutuelle pour un nombre donné de nœuds relais actifs est celle liée à l'ensemble des N nœuds relais ayant les meilleurs SNR (i.e. les meilleures qualités de canal avec la destination). Dans un autre exemple, le procédé comprend en outre la détermination, pour au moins une source (si) non décodée par la destination, d'un ensemble (Hi) associé comprenant les nœuds ayant décodé sans erreur le message émis par ladite source non décodée par la destination, et la détermination de l'information mutuelle (SNRHi) relative audit ensemble (Hi) associé, et la détermination, parmi l'au moins une source non décodée, de la source dont l'ensemble associé présente l'information mutuelle relative la plus élevée, et la détermination de l'ensemble actif de ladite source ainsi déterminée, l'ensemble actif de chacune desdites au moins une source non décodée étant égal audit ensemble actif ainsi déterminé.
Le schéma de cet exemple de réalisation est heuristique, et sous-optimal, comparé à un schéma exhaustif, mais plus rapide à calculer. En effet, plutôt que de déterminer l'ensemble actif pour chaque source prise isolément, la destination détermine d'abord la source présentant le meilleur canal établi avec la destination via les nœuds de son ensemble Hi— en supposant une retransmission via les nœuds de cet ensemble. Ensuite, la destination cherche le meilleur sous- ensemble de l'ensemble Hi, et utilise ce sous-ensemble ainsi déterminé comme ensemble actif pour toutes les sources.
L'invention a en outre pour objet un système comprenant M sources (s1, ... , sM), L relais et une destination (d), M ≥ 2, L ≥ 0, pour une mise en œuvre d'un procédé de
Figure imgf000008_0001
transmission comme décrit ci-avant.
L'invention a en outre pour objet un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention tel que décrit précédemment, lorsqu'il est exécuté par un processeur.
L'invention a en outre pour objet un support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes d'un procédé selon l'invention tel que décrit ci-dessus. Un tel support 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, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une clé USB ou un disque dur.
D'autre part, un tel support 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, de sorte que le programme d'ordinateur qu'il contient est exécutable à distance. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau par exemple le réseau Internet.
Alternativement, le support 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 objet de l'invention précité.
4. Liste des figures
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre de simple exemple illustratif, et non limitatif, en relation avec les figures, parmi lesquelles :
[fig. 1] représente un mode de réalisation de l'invention décrit dans le contexte d'un système OMAMRC,
[fig. 2] représente un cycle de transmission d'une trame,
[fig. 3] représente les différentes étapes du procédé de transmission objet de l'invention mises en œuvre par le système de la figure 1,
[fig. 4] représente un buffer circulaire permettant de sélectionner une redondance du message à transmettre,
[fig. 5] représente l'étape E5 du procédé représenté figure 3,
[fig- 6] représente un premier exemple de réalisation de l'étape E50 de l'étape E5 représentée figure 5,
[fig- 7] représente un deuxième exemple de réalisation de l'étape E50 de l'étape E5 représentée figure 5,
[fig- 8] représente une destination appartenant à un système de télécommunication OMAMRC a M sources, éventuellement L relais et une destination, M ≥ 2, L ≥ 0 selon un mode de réalisation de l'invention.
5. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
5.1. Principe général de l'invention
5.1.1. Système OMAMRC à redondance
On présente en relation avec la [fig. 1] un mode de réalisation de l'invention décrit dans le contexte d'un système OMAMRC à l'appui du schéma de la [Fig. 2] qui illustre un cycle de transmission d'une trame.
Ce système comprend M sources qui appartiennent au jeu de sources
Figure imgf000009_0001
= {s1; ..., sM], L relais qui appartiennent au jeu de relais
Figure imgf000009_0002
et une destination d. Par convention, il est considéré que
Figure imgf000009_0003
, dit autrement, on peut confondre une source et son indice, et un relais et son indice (décalé d'une valeur M, le nombre de sources).
Chaque source du jeu
Figure imgf000009_0004
communique avec l'unique destination d avec l'aide des autres sources (user cooperation) et des relais qui coopèrent. A titre de simplification de la description, les suppositions suivantes sont faites par la suite, concernant le système OMAMRC :
1. les sources, les relais et la destination sont équipés d'une seule antenne d'émission ;
2. les sources et les relais sont équipés d'une seule antenne de réception ;
3. la destination est équipée de NR antennes de réception ;
4. les sources, les relais, et la destination sont parfaitement synchronisés ;
5. les sources sont statistiquement indépendantes (il n'y a pas de corrélation entre elles) ;
6. tous les nœuds émettent avec une même puissance ;
7. il est fait usage d'un code CRC supposé inclus dans les Ks bits d'information correspondant au message de chaque source s pour déterminer si ce message est correctement décodé ou pas ;
8. les canaux entre les différents nœuds souffrent de bruit additif et d'évanouissement. Les gains d'évanouissement sont fixes pendant la transmission d'une trame effectuée pendant une durée maximale M + Tmax intervalles de temps, mais peuvent changer indépendamment d'une trame à une autre. Tmax ≥ 1 est un paramètre du système ;
9. la qualité instantanée du canal/canal direct en réception (CSIR Channel State Information at
Receiver) est disponible à la destination, aux sources et aux relais ;
10. les retours sont sans erreur (pas d'erreur sur les signaux de contrôle).
Les nœuds comprennent les relais et les sources qui peuvent se comporter comme un relais quand elles n'émettent pas leur propre message.
Les nœuds, M sources et L relais, accèdent au canal de transmission selon un schéma d'accès multiple orthogonal en temps qui leur permet d'écouter sans interférence les transmissions des autres nœuds. Les nœuds fonctionnent selon un mode « half-duplex ».
Les notations suivantes sont utilisées :
• Hi est l'ensemble des nœuds a ayant décodé sans erreur le message ui émis par la source Si ,
• Âi ⊂ Hi un sous ensemble des nœuds actifs en émission sélectionnés par la destination pour l'utilisation de canal k
•
Figure imgf000010_0001
est le symbole codé pour l'utilisation du canal k émis par le nœud
Figure imgf000010_0003
• ya,b,k est le signal reçu au nœud b du canal k correspondant à un signal
Figure imgf000010_0002
émis par le nœud
Figure imgf000010_0004
• y s -,b,k est le signal reçu au nœud du canal k correspondant aux signaux
Figure imgf000010_0005
émis par les nœuds
Figure imgf000010_0006
• Ya,b est le rapport signal à bruit moyen (SNR) qui prend en compte les effets d'atténuation du canal (path-loss) et de masquage (shadowing),
• ha, b est le gain d'atténuation du canal (fading) qui suit une distribution Gaussienne complexe circulaire symétrique à moyenne nulle et de variance ya, b (la puissance reçue qui est proportionnelle à la puissance émise), les gains sont indépendants entre eux,
• na,b,k ou nsi,b,k sont des échantillons d'un bruit blanc Gaussien (AWGN) distribués de manière identique et indépendante qui suivent une distribution Gaussienne complexe de symétrie circulaire à moyenne nulle et de variance unitaire.
Rs est une variable représentant le débit initial de la source s. Rs peut prendre ses valeurs dans l'ensemble fini même, as est une variable représentant le rapport N2/N1 s
Figure imgf000010_0007
et peut prendre ses valeurs dans un ensemble fini A
Figure imgf000010_0008
Le signal reçu au nœud
Figure imgf000011_0001
du canal k correspondant au signal émis par le nœud a E S durant la première phase peut s'écrire : (1)
Le signal reçu au nœud du canal k correspondant aux signaux émis par les nœ
Figure imgf000011_0002
uds appartenant à l'ensemble durant la seconde phase peut s'écrire : (2) où x , c.à.d., la même version de redondance sur le message si est transmise par tou
Figure imgf000011_0003
s les nœuds est un terme de correction de phase par rapport au canal ha, d avec j2 = —1. Pour le nœud destination, le signal reçu s'écrit
Figure imgf000011_0004
La [fig. 3] représente les différentes étapes du procédé de transmission, objet de l'invention, mises en œuvre par le système décrit ci-dessus.
Pendant une première phase Phi de M intervalles de temps, chaque source
Figure imgf000011_0005
émet un message, codé au moyen d'un code permettant des retransmissions de type à redondance incrémentale qui transforme le message de longueur LM en une séquence codée de longueur Lc = LM/R0 > LM- La séquence codée comprend une première redondance RVO qui est un mot de code émis pendant Nl s utilisations du canal, k E {1, ... , 1V1 S], le nombre Nl s d'utilisations du canal dépendant de la source s.
En exploitant des signaux de référence (symboles pilotes, signaux SRS du 3GPP LTE, etc.), la destination peut déterminer les gains (CSI Channel State Information) des canaux directs : hdir = c'est-à-dire des canaux source vers destination et relais vers
Figure imgf000011_0006
destination, et peut donc en déduire les SNR moyens de ces canaux.
Par contre, les gains des canaux entre sources, des canaux entre relais et des canaux entre sources et relais ne sont pas connus de la destination. Seuls les sources et les relais peuvent estimer une métrique de ces canaux en exploitant des signaux de référence de manière similaire à celle utilisée pour les canaux directs. Compte tenu du fait que les statistiques des canaux sont supposés constantes entre deux phases d'initialisation, la transmission, à la destination d, des métriques par les sources et les relais n'intervient qu'à la même cadence que la phase d'initialisation. La statistique du canal de chaque canal est supposée suivre une distribution Gaussienne complexe circulaire centrée et les statistiques sont indépendantes entre les canaux. Il est par suite suffisant de ne considérer que le SNR moyen comme mesure de la statistique d'un canal.
Les sources et les relais remontent donc à la destination des métriques représentatives des SNR moyens des canaux qu'ils peuvent observer.
La destination connaît ainsi le SNR moyen de chacun des canaux.
5.1.2. Première phase de transmission
Pendant une phase initiale d'adaptation de canal (non représentée sur les figures) qui précède la transmission de plusieurs trames, la destination transmet pour chaque source s une valeur représentative (index, MCS, débit, etc.) d'un débit initial Rt et une valeur âj.
Chacun des débits initiaux détermine de manière non ambiguë un schéma de modulation et de codage (MCS, Modulation and Coding Scheme) initial ou inversement chaque MCS initial détermine un débit initial. La remontée des débits initiaux et des rapports
Figure imgf000012_0001
est effectuée via des canaux de contrôle à débit très limité.
Chaque source transmet à la destination ses messages mis en trame avec l'aide des autres sources et des relais.
Une trame occupe des intervalles de temps (time slots) lors de la transmission des M messages des respectivement M sources. La transmission d'une trame (qui définit un cycle de transmission) se déroule pendant M + Tused intervalles de temps : M intervalles pour la première phase de capacités respectives N
Figure imgf000012_0002
utilisations du canal pour chaque source i, Tused intervalles pour une deuxième phase qui sera décrite plus loin dans le présent document.
Toujours pendant la première phase, chaque source s e S transmet après codage un message us de Ks bits d'information étant le corps de Galois à deux éléments. Le
Figure imgf000012_0003
message us comprend un code de type CRC qui permet de vérifier l'intégrité du message us. Le message us est codé selon le MCS initial. Étant donné que les MCS initiaux peuvent être différents entre les sources, les longueurs des messages codés peuvent être différentes entre les sources.
Le codage appliqué utilise un code à redondance incrémentale, pouvant se baser, par exemple mais non exclusivement, sur des codes existants du type codes convolutif, turbo code, LDPC etc.
Le principe de ce type de code est le suivant : un message émis par chaque source est encodé en une séquence codée de bits (il peut y avoir une segmentation du message en plusieurs sous-blocs encodés indépendamment si le message est trop long) par un code mère de rendement très bas (par exemple 1/3), les bits codés sont ensuite placés dans un buffer circulaire représenté à la [Fig. 4] comportant plusieurs positions de départ de lecture Pos. 0, Pos. 1, Pos. 2 et Pos. 3. Un tel buffer circulaire contient les bits codés d'un message d'une source encodé par un code mère (possiblement) systématique de rendement bas et permettant de sélectionner une redondance particulière du message à transmettre en fonction d'une position de départ de lecture dans le buffer circulaire.
Ces indices de départ de lecture Pos. 0, Pos. 1, Pos. 2 et Pos. 3 correspondent à des blocs/versions de redondance différents. Dans l'exemple choisi, il y a quatre versions de redondances possibles. Pour chaque bloc/version de redondance, un nœud va lire le nombre de bits codés à envoyer, correspondant au nombre d'utilisations de canal disponible pour une modulation et une taille de message données, à partir de la position de redondance correspondante en se déplaçant dans le buffer circulaire dans le sens du remplissage initial. Que le code à redondance incrémentale soit ou non de type systématique, il est tel que la première version du bloc/version de redondance peut être décodé de manière indépendante des autres blocs/versions.
Ainsi, lors de la première phase, les M sources transmettent successivement la première redondance RV0 de leurs messages us respectifs codés pendant les M intervalles, avec respectivement des schémas de modulation et de codage déterminés à partir des valeurs des débits initiaux.
Chaque message us transmis correspondant à une source
Figure imgf000012_0004
, un message correctement décodé est assimilé à la source correspondante par abus de notation.
Lorsqu'une source émet, les autres sources et les relais écoutent et tentent de décoder les messages reçus à la fin de chaque intervalle de temps.
5.1.3. Deuxième phase de transmission Une deuxième phase de transmission comprend des étapes E1 à E6. Dans une première étape El, la destination détermine le succès ou non du décodage des messages reçus en utilisant le CRC.
Lors de cette seconde phase, un nœud donné, source ou relais, peut en effet agir comme un relais en coopérant avec les sources pour aider la destination à décoder correctement les messages de toutes les sources. Ce nœud donné transmet (i.e. coopère en transmettant) une version de redondance d'un message d'une source qu'il a correctement décodé. La seconde phase comprend au maximum Tmax intervalles de temps (slots temporels) appelés rounds. Chaque round t ∈ {1, ... , Tmax] a une capacité de N2 utilisations du canal.
Si le décodage de toutes les sources est correct, la destination diffuse un message de type ACK. Dans ce cas un cycle de transmission d'une nouvelle trame débute avec l'effacement des mémoires des relais et de la destination et avec la transmission par les sources de nouveaux messages.
Si le décodage d'au moins une source est erroné, un procédé de retransmission comprenant les étapes E2 à E6 est mis en œuvre. Dans une étape E2, la destination diffuse un message MSG identifiant la ou les sources pour lesquelles elle a décodé sans erreur le message émis. De telles sources sont dites sources décodées. Le message MSG peut être adressé aux relais, aux sources pouvant servir de relais, ou aux deux. Ce message est un message de contrôle.
Un tel message diffusé par la destination comprend, dans une première implémentation, des identifiants des sources pour lesquelles la destination a décodé sans erreur le message émis. Dans cette première implémentation, les nœuds interceptant le message diffusé déterminent les sources pour lesquelles la destination n'a pas décodé sans erreur le message émis.
Dans une deuxième implémentation, le message diffusé par la destination comprend des identifiant des sources pour lesquelles la destination n'a pas décodé sans erreur le message émis. Dans cette deuxième implémentation, les nœuds interceptant le message diffusé connaissent immédiatement l'identité des sources pour lesquelles la destination n'a pas décodé sans erreur le message émis.
La destination informe les nœuds en utilisant un canal de contrôle à débit limité (limited feedback) pour transmettre le message MSG. Ce message MSG est basé sur le résultat de décodage des messages reçus par la destination. La destination contrôle ainsi la transmission des nœuds en utilisant ce message MSG, ce qui permet d'améliorer l'efficacité spectrale et la fiabilité, en augmentant la probabilité de décodage de toutes les sources par la destination
A réception d'un message MSG, un nœud
Figure imgf000013_0004
qui a correctement décodé correctement le message us d'une ou plusieurs sources non correctement décodées par la destination à l'issue de l'intervalle de temps (round) précédent noté
Figure imgf000013_0005
transmet à la destination, dans une étape E3, l'identifiant de ces sources.
Par convention, on note
Figure imgf000013_0003
le jeu des messages (ou sources) correctement décodés par le nœud
Figure imgf000013_0001
à la fin de l'intervalle t de temps (round t), t ∈ {0, ... , Tmax}. La fin de l'intervalle de temps (round) t = 0 correspond à la fin de la première phase. Le nombre d'intervalles de temps (time-slots) utilisés pendant la seconde phase Tused = {1, ... , Tmax] dépend du succès de décodage à la destination.
Au cours d'une étape E4, la destination sélectionne une source si pour laquelle une retransmission est requise. Une telle source si est sélectionnée parmi l'ensemble des sources correctement décodés par un ou des nœuds
Figure imgf000013_0002
à la fin de l'intervalle t de temps (round t) précédent, t ∈ {0, ..., Tmax}. Ainsi, plutôt que de laisser le choix d'un message à retransmettre aux nœuds ayant décodé sans erreur un message émis par une source, la destination impose le choix du message et donc de la source pour laquelle une retransmission est requise.
Dans une première implémentation, la source si sélectionnée par la destination est la source pour laquelle un rapport signal à bruit SNRi associé à un canal de transmission composite, , établis directement entre chacun des nœuds ayant
Figure imgf000014_0001
décodé sans erreur le message émis ui par la source si et la destination, est le plus élevé.
En choisissant la source pour laquelle le canal de transmission composite présente un fort rapport signal à bruit, la destination augmente ses chances de décoder sans erreur le message ui lors de sa retransmission.
Dans une étape E5, une fois que la destination d a sélectionné la source si pour laquelle une retransmission est requise, la destination d : détermine, parmi les sources et les relais de Hi, un sous-ensemble, ci-après appelé ensemble actif Âi associé à la source si, de nœuds, dits nœuds actifs, destinés à contribuer à retransmettre le message émis par la source si, et émet une demande de retransmission RTM à destination des nœuds actifs appartenant à l'ensemble actif (Âi). Cette demande de retransmission RTM comprend un identifiant de la source Si-
Dans l'étape E6, une retransmission d'une redondance du message ut émis par la source si, est réalisée.
A réception de la demande de retransmission par les nœuds de l'ensemble actif, chaque nœud actif, dans l'étape E6, transmet une même redondance, modulée par un facteur de phase Ici, le facteur ha, d représente le canal de transmission établi
Figure imgf000014_0003
entre le nœud a et la destination correspond au conjugué ha* d du canal de
Figure imgf000014_0004
transmission ha, d établi entre le nœud a et la destination d divisé par sa norme | ha, d| dans un même intervalle de temps. Le facteur Φa, d représente la phase du canal de transmission établi
Figure imgf000014_0005
entre ce nœud actif et la destination d. La puissance d'émission de chaque nœud dans cette étape E6 est notée P.
Dans une première implémentation de cette étape E6, aucun des nœuds actifs n'a connaissance de la phase La combinaison à la destination des retransmissions par ces nœuds
Figure imgf000014_0006
actifs est alors non cohérente. Le rapport signal à bruit SNRi du canal de transmission composite établi entre la source et la destination via les nœuds de l'ensemble actif s'exprime sous la forme :
Figure imgf000014_0002
où No est la densité spectrale du bruit et des interférence et Âi représente l'ensemble actif.
Dans une deuxième implémentation de cette étape E6, chacun des nœuds actifs connaît la phase Φa, d . La combinaison à la destination des retransmissions par ces nœuds actifs est alors cohérente, car chaque nœud peut compenser cette phase d'un facteur de sorte que tous les messages arrivent en même temps à la destination, assurant le caractère cohérent de la combinaison de ces messages. Le rapport signal à bruit SNRi du canal de transmission composite s'exprime par conséquent sous la forme :
Figure imgf000015_0001
Plus précisément, cette deuxième implémentation de la transmission est réalisée de sorte que toutes les redondances transmises par les nœuds actifs sont reçues en même temps par la destination de façon cohérente. Ainsi, le canal composite dans ce cas s'exprime selon la
Figure imgf000015_0007
formule suivante :
Figure imgf000015_0002
Un tel mode de transmission, dit « equal gain combining », permet d'obtenir, du côté de la destination, une combinaison cohérente de l'ensemble des signaux émis par les nœuds actifs.
La redondance du message transmise par chaque nœud actif est la même. Une telle redondance peut être la redondance RVO transmise au cours de la première phase PHI ou toute autre redondance du message ui. La transmission des redondances peut suivre un ordre prédéfini de positions de départ de lecture du buffer circulaire pour un message d'une source qui se répète. Par exemple en référence à la [Fig. 4] pour 4 blocs/versions de redondance, un code LDPC systématique et N
Figure imgf000015_0005
l'ordre peut être Pos. 0, Pos. 2, Pos. 3, Pos. 1 et ainsi de suite avec RVO et RV3 les versions de redondance associées à la Pos. 0 et Pos. 3 qui peuvent se décoder de manière indépendante des autres blocs/versions (chaque seconde transmission est auto- décodable).
Dans une troisième implémentation de l'étape E6, le système comprend un premier groupe Di de nœuds actifs connaissant la phase Φa, d et un deuxième groupe Ei de nœuds actifs ne connaissant pas cette phase Φa, d, avec Âi = Di U Ei. Dans cette troisième implémentation, le rapport signal à bruit SNRi du canal de transmission composite s'exprime sous la forme :
Figure imgf000015_0003
A réception de la demande de retransmission, chaque nœud actif appartenant au premier groupe Di transmet, dans une étape E6', une même redondance du message émis par la source si modulée par un facteur de phase et chaque nœud actif
Figure imgf000015_0004
appartenant au deuxième groupe Ei transmet la même redondance dudit message émis par la source si sans modulation de phase dans un même intervalle de temps, de sorte que toutes ces redondances transmises par ces nœuds actifs sont reçues en même temps par la destination d.
Cela est le cas, par exemple, pendant une période transitoire au cours de laquelle la destination d n'a pas encore pu déterminer l'information relative aux facteurs de phase
Figure imgf000015_0006
pour l'ensemble des nœuds actifs. Au cours du temps, la destination d pourra fournir une telle information à l'ensemble des nœuds actifs du système améliorant encore la qualité de la transmission.
Dans cette troisième implémentation de même que pour les autres implémentations, la redondance du message transmise par chaque nœud actif ayant décodé sans erreur le message ui émis par la source si est la même pour chacun de ces nœuds actifs. Une telle redondance peut être la redondance RVO transmise au cours de la première phase PHI ou toute autre redondance du message ui. La transmission des redondances peut suivre un ordre prédéfini de positions de départ de lecture du buffer circulaire pour un même message d'une source qui aurait besoin d'être retransmis à plusieurs reprises.
Par exemple en référence à la [Fig. 4] pour 4 blocs/version de redondance, un code LDPC systématique et
Figure imgf000016_0002
l'ordre peut être Pos. 0, Pos. 2, Pos. 3, Pos. 1 et ainsi de suite avec RVO et RV3 les versions de redondance associées à la Pos. 0 et Pos. 3 qui peuvent se décoder de manière indépendante des autres blocs/versions (chaque seconde transmission est auto- décodable).
5.2. Détermination d'un ensemble actif
Il est maintenant fait référence à la [fig. 5], qui représente plus en détail l'étape E5, dans laquelle la destination d détermine un ensemble actif Ât, puis demande de retransmettre une redondance du message a qu'elle n'a pas pu décoder sans erreur aux nœuds actifs constituant cet ensemble actif Âi. Par souci de lisibilité, on confondra pour la suite un message a, la source si qui l'a émis (et dont la destination cherche à obtenir une redondance) et l'indice i de cette source.
L'étape E5 comprend une étape E50 de détermination d'un tel ensemble actif Âi, et une étape E52 de transmission, aux nœuds actifs constituant cet ensemble actif d'une demande de retransmission.
La détermination des nœuds actifs constituant l'ensemble actif Âi est réalisée parmi les sources et relais du système
Figure imgf000016_0001
. La demande de retransmission est adressée, par la destination aux nœuds actifs de l'ensemble actif Âi.
Dans un exemple de réalisation, la détermination de l'ensemble actif Âi est réalisée en ayant recours à une métrique d'utilité M: Ai -> F(Ai). La métrique d'utilité M(Ai) est déterminée par la destination pour un ou plusieurs sous-ensembles Ai, ces sous-ensembles Ai, étant tous inclus dans l'ensemble des sources et des relais
Figure imgf000016_0003
du système. La destination sélectionne le sous- ensemble Ai présentant la métrique d'utilité M(Ai) la plus élevée. En d'autres termes, la destination sélectionne le sous-ensemble Ai le plus avantageux au sens de cette métrique d'utilité M.
Plus précisément, au cours de l'étape E50, la destination détermine une métrique d'utilité M(Ai) pour au moins un sous-ensemble Ai de nœuds donnés. Dans cet exemple de réalisation, la métrique d'utilité M est une fonction de la taille |Ai | dudit sous-ensemble Ai et de la qualité du canal établi entre la source si et la destination d via les nœuds appartenant au sous-ensemble Ai.
Le sous-ensemble Ai dont la métrique d'utilité déterminée est la plus grande est ensuite sélectionné comme ensemble actif Âi.
Dans ce cas, il est ensuite possible de déterminer les nœuds constituant l'ensemble actif Âi parmi les nœuds appartenant à l'ensemble Hi (préalablement obtenu ou déterminé par la destination). Cela permet d'exclure de facto les nœuds ne pouvant pas aider la destination à recevoir une redondance du message émis par la source (i.e. contribuer à retransmettre une redondance du message). En d'autres termes, l'ensemble Hi comprend les nœuds j de
Figure imgf000016_0004
tels que
Figure imgf000016_0006
représente les nœuds ayant pu décoder un message de la source à la trame précédente
Figure imgf000016_0007
représente le complémentaire (dans de
Figure imgf000016_0005
l'ensemble des nœuds dont la destination a pu décoder sans erreur à la trame précédente t - 1. 5.3. Information mutuelle
Dans un exemple de réalisation, la métrique d'utilité M d'un sous-ensemble Ai donné est proportionnelle à une information mutuelle à entrée discrète entre la source si et la destination d connaissant le canal de transmission composite heq Ai établi entre la source et la destination via les nœuds du sous-ensemble Ai. Ainsi, l'information mutuelle est une grandeur représentative de la qualité du canal établi entre la source si et la destination d via les nœuds du sous-ensemble Ai.
L'information mutuelle peut s'exprimer sous la forme d'une différence entre l'entropie H(xi) d'un message émis par la source si et l'entropie conditionnelle dudit message
Figure imgf000017_0015
émis par la source sachant le message yt reçu par la destination d.
L'information mutuelle entre l'entrée xs. et la sortie yD connaissant heq A. est dénotée
Figure imgf000017_0016
Comme est une statistique suffisante pour la détection de xsi, il vient
Figure imgf000017_0001
Comme décrit ci-avant, on a sont
Figure imgf000017_0002
respectivement l'entropie de x et l'entropie conditionnelle de x sachant y.
L'entropie H(xsi) sachant que
Figure imgf000017_0003
s'exprime (où
Figure imgf000017_0004
est la constellation de la modulation, i.e. l'ensemble des symboles potentiellement transmis) :
Figure imgf000017_0005
L'entropie conditionnelle s'exprime ainsi :
Figure imgf000017_0006
Figure imgf000017_0007
D'où : où
Figure imgf000017_0009
représente l'espérance par rapport à la distribution de probabilité
Figure imgf000017_0017
Comme est une fonction de y1( de aL et de SNRAi =
Figure imgf000017_0008
, il vient que l'information mutuelle entre yt et xs. est une fonction qui dépend de
Figure imgf000017_0010
et du SNR associé au canal équivalent. En d'autres termes :
Figure imgf000017_0011
Pour estimer , il est possible d'utiliser une méthode d'intégration, par exemple
Figure imgf000017_0012
de type Monte-Carlo, reposant sur L échantillons tirés selon la distribution
Figure imgf000017_0013
Figure imgf000017_0014
Figure imgf000018_0001
Le rapport signal à bruit avec P puissance d'émission par nœud ne
Figure imgf000018_0002
dépend pas directement de la cardinalité du groupe de nœuds actifs sauf pour le scenario de référence où Dans ce cas l'ajout d'un nœud actif permet d'agréger sa
Figure imgf000018_0003
puissance, c.a.d., d'avoir une puissance équivalente de réception augmentée de P, c.a.d, SNRA. =
Figure imgf000018_0004
On peut définir la formule suivante pour calculer la métrique d'utilité :
Figure imgf000018_0005
Où le dénominateur est un facteur croissant avec le cardinal
Figure imgf000018_0006
de Ai. Cela permet
Figure imgf000018_0011
de refléter le fait que, plus le nombre de nœuds intégrés dans le sous-ensemble Ai augmente, meilleure est la qualité du canal établi entre la source si et la destination d (donc meilleure est l'information mutuelle). Par conséquent, cette amélioration de l'information mutuelle est pondérée par un coût en matière de nombre de nœuds impliqués dans une retransmission.
5.4. Décroissance logarithmique
Dans un exemple de réalisation, le dénominateur présente une croissance
Figure imgf000018_0012
logarithmique. Par croissance logarithmique, il est entendu au moins logarithmique, c'est-à-dire que la croissance du dénominateur est soit logarithmique, soit plus rapide (linéaire, quadratique, exponentielle, etc.).
Dans ce cas, la métrique d'utilité M(Ai) d'un sous-ensemble Ai est déterminée selon la formule suivante :
Figure imgf000018_0007
Où est un coefficient de normalisation, croissant avec le cardinal
Figure imgf000018_0010
de Ai. Par croissant, on entend
Figure imgf000018_0008
(ce qui autorise un coefficient constant).
Ici, la métrique d'utilité d'un sous-ensemble Ai est donc inversement proportionnelle à une fonction croissante de la taille dudit sous-ensemble Ai ladite fonction croissante présentant une croissance logarithmique.
Le choix d'un dénominateur du type provient du fait que, dans les régimes
Figure imgf000018_0009
limités en puissance, l'information mutuelle augmente linéairement avec la puissance reçue alors qu'elle augmente de manière logarithmique à fort SNR ou régime limité en bande. Ainsi, la transmission par un nœud actif supplémentaire (i.e. son intégration dans un sous-ensemble en augmentant la métrique d'utilité) est autorisée si celui-ci contribue à une augmentation logarithmique de l'efficacité spectrale. La prise en compte du caractère discret des entrées du canal via l'information mutuelle est aussi importante, car l'information mutuelle est plafonnée par le nombre de bits q portés par la modulation. Lorsque le nombre de nœuds inclus dans l'ensemble actif est très grand, augmenter la puissance n'amène que des gains négligeables en efficacité spectrale, bien inférieurs à une augmentation logarithmique. Dans un mode de réalisation, le coefficient est constant quel que soit
Figure imgf000019_0002
, par exemple
Figure imgf000019_0001
Dans un autre mode de réalisation, où n est une constante (pas
Figure imgf000019_0003
nécessairement entière) supérieure à 1. Dans ce cas le dénominateur présente donc une croissance exponentielle.
5.5 Processus individuel de détermination de l'ensemble actif
Il a été décrit jusqu'ici le principe général d'obtention de l'ensemble actif au cours de l'étape E50.
On décrit maintenant différents exemples de processus de détermination de l'ensemble actif.
Dans un premier processus de détermination, représenté [Fig. 6], la destination détermine, au cours de l'étape E50 et pour chaque source si pour laquelle une retransmission d'une redondance peut être demandée par la destination, un ensemble actif Âi. Ce premier processus est appelé processus individuel, c'est-à-dire source par source.
La destination initialise le processus (E510), en initiant, dans une étape E520, une boucle d'itération pour chaque source si de l'ensemble des sources non décodées par la destination.
Figure imgf000019_0004
La destination détermine dans une étape E530 l'ensemble Hi d'une source si (sur laquelle on itère), c'est-à-dire l'ensemble de tous les nœuds pouvant contribuer à la retransmission du message émis par cette source si (i.e. les nœuds tels que formulé autrement les
Figure imgf000019_0005
Figure imgf000019_0006
nœuds ayant décodé le message émis par la source si). La destination détermine ensuite, pour cette source si, l'ensemble actif Âi qui lui est associé durant une étape E540. La destination vérifie ensuite dans une étape E550 s'il reste des sources pour lesquelles il faut déterminer l'ensemble actif Âi correspondant. Si c'est le cas, la destination reboucle sur l'étape E520, sinon elle termine le processus dans une étape E560.
5.5.1. Détermination exhaustive de l'ensemble actif
Dans un premier mode de réalisation de l'étape E540, appelé détermination exhaustive, l'étape E540 comprend : la détermination de tous les sous-ensembles Ai de l'ensemble Hi, le détermination, pour chaque sous-ensemble Ai, de sa métrique d'utilité M(Ai) correspondante, la détermination du sous-ensemble Ai présentant la métrique d'utilité la plus élevée parmi l'ensemble des métriques d'utilités déterminées comme ensemble actif Âi de la source si.
Ce mode de réalisation est nommé processus exhaustif, car la destination détermine un sous-ensemble optimal au sens de la métrique d'utilité de manière exhaustive, c'est-à-dire qu'on calcule une métrique pour toutes les configurations (i.e. tous les sous-ensembles actifs) possibles.
5.5.2. Détermination heuristique par SNR décroissant de l'ensemble actif
Dans un deuxième mode de réalisation de l'étape E540, la destination construit l'ensemble actif. Pour ce faire, l'étape E540 comprend le tri des nœuds j constituant l'ensemble Hi par ordre décroissant de SNR, la construction d'un sous-ensemble Ai initialement égal à l'ensemble vide, une itération sur les nœuds j constituant l'ensemble Hi par ordre décroissant de SNR, une boucle d'itération comprenant : si l'ajout du nœud j au sous-ensemble Ai améliore la métrique d'utilité du sous- ensemble Ai, ajouter effectivement ce nœud j au sous-ensemble Ai et continuer l'itération, sinon arrêter l'itération et sélectionner le sous-ensemble Ai comme ensemble actif Âi pour la source si.
Ce mode de réalisation de l'étape E540 est appelé détermination par SNR décroissant de l'ensemble actif. Cette détermination par SNR décroissant présente une complexité moindre que la détermination exhaustive, tout en permettant de déterminer un ensemble actif qui est une approximation de l'ensemble optimal au sens de la métrique d'utilité M. De plus, dans le mode de réalisation « equal gain combining » décrite ci-avant, l'ensemble actif déterminé par la détermination par SNR décroissant est l'ensemble optimal au sens de la métrique d'utilité M.
Dans un tel cas, les messages sont combinés de manière cohérente (i.e. non destructrice) comme expliqué ci-avant au point 5.1.3. Le canal équivalent est alors fonction des gains | ha, d|. Ainsi, choisir le nœud relai avec le meilleur gain (i.e. le meilleur SNR) permet de choisir l'ensemble actif optimal pour tous les nœuds relais.
Formulé différemment, on peut résumer cette détermination par SNR décroissant en ce qu'elle comprend la construction d'un sous-ensemble Ai initialement égal à l'ensemble vide, ladite construction comprenant au moins une itération des étapes suivantes : déterminer le nœud j n'appartenant pas au sous-ensemble Ai présentant le plus grand rapport signal à bruit (SNR), si l'ajout dudit nœud j au sous-ensemble Ai améliore la métrique d'utilité du sous- ensemble Ai, ajouter le nœud j au sous-ensemble Ai, sinon arrêter l'itération, le sous-ensemble Ai ainsi construit étant l'ensemble actif Âi.
5.6. Processus commun de détermination de l'ensemble actif
On a décrit un premier processus de détermination de l'ensemble actif, source par source (ou « individuel »). On décrit maintenant un deuxième processus de détermination de l'ensemble actif, appelé processus commun et représenté [Fig. 7],
Ce processus commun diffère du processus source par source en ce que plusieurs étapes sont mutualisées entre les différentes sources pour lesquelles une retransmission du message par redondance est demandée par la destination.
Plus précisément, l'étape E50 de ce processus commun détermine un ensemble actif Âi commun à toutes les source si pour lesquelles une retransmission d'une redondance est demandée par la destination. L'étape E50 comprend ainsi une étape E515 d'initialisation. Durant cette étape d'initialisation, une valeur I_MAX est initialisée à la valeur 0.
La destination démarre, dans une étape E525, une boucle d'itération sur les sources si de l'ensemble de toutes les sources non décodées par la destination. Pour la source courante si de l'itération en cours, la destination détermine dans une étape E535 son ensemble Hi. La destination détermine ensuite l'information mutuelle
Figure imgf000020_0002
relative à un canal établi entre la source si et la destination d via les nœuds de l'ensemble Hi. La destination détermine ensuite l'information mutuelle dans une étape E545 (c'est-à-dire l'information mutuelle entre
Figure imgf000020_0001
la source si et la destination d à travers les nœuds constituant l'ensemble . La destination compare ensuite dans une étape E555 cette information mutuelle avec la valeur
Figure imgf000020_0003
I_MAX qui représente la plus grande valeur de l'information mutuelle relative à un canal établi entre la source si et la destination d via les nœuds de l'ensemble Hi calculée jusqu'ici. Si (SNRH.) > I. _MAX, alors cela signifie que l'ensemble Hi de la source courante si est l'ensemble octroyant à la source si la meilleure information mutuelle calculée jusqu'ici, et la destination stocke en mémoire ce couple (si, Hi) dans une étape E565, puis reboucle au début de l'itération dans l'étape E525, s'il reste des sources si sur lesquelles la destination n'a pas encore itéré.
Lorsque toutes les sources à traiter l'ont été, la destination obtient le meilleur couple source-ensemble A partir de ce meilleur couple la destination détermine
Figure imgf000021_0001
Figure imgf000021_0002
l'ensemble actif Âi pour cette source si dans une étape E575. La destination sélectionne cet ensemble actif
Figure imgf000021_0003
comme ensemble actif pour l'ensemble des sources pour lesquelles une retransmission d'une redondance est demandée par la destination, et termine le processus commun dans une étape E585.
L'étape E575 peut comprendre une détermination exhaustive, comme décrite au point 5.5.1. En variante, l'étape E575 peut comprendre une détermination par SNR décroissant comme décrite au point 5.5.2.
En d'autres termes, on peut résumer cette détermination commune en ce qu'elle comprend la détermination, pour au moins une source si non décodée, d'un ensemble Hi associé (i.e. l'ensemble) comprenant les nœuds ayant décodé sans erreur le message émis par ladite source, et la détermination de l'information mutuelle relative audit ensemble Hi associé, et
Figure imgf000021_0004
la détermination, parmi l'au moins une source non décodée, de la source dont l'ensemble associé présente l'information mutuelle relative la plus élevée, et la détermination de l'ensemble actif de ladite source ainsi déterminée, l'ensemble actif de chacune desdites au moins une source non décodée étant égal audit ensemble actif ainsi déterminé.
5.7. Dispositif
La [fig. 8] représente une destination destinée à un système de télécommunication OMAMRC a M sources, éventuellement L relais et une destination, M ≥ 2, L ≥ 0 selon un mode de réalisation de l'invention. Une telle destination est apte à mettre en œuvre le procédé de transmission selon la figure 3.
Une destination peut comprendre au moins un processeur matériel 51, une unité de stockage 52, et au moins une interface de réseau 53 qui sont connectés entre eux au travers d'un bus 54. Bien entendu, les éléments constitutifs de la destination peuvent être connectés au moyen d'une connexion autre qu'un bus.
Le processeur 51 commande les opérations de la destination. L'unité de stockage 52 stocke au moins un programme pour la mise en œuvre du procédé selon un mode de réalisation de l'invention à exécuter par le processeur 51, et diverses données, telles que des paramètres utilisés pour des calculs effectués par le processeur 51, des données intermédiaires de calculs effectués par le processeur 51, etc. Le processeur 51 peut être formé par tout matériel ou logiciel connu et approprié, ou par une combinaison de matériel et de logiciel. Par exemple, le processeur 51 peut être formé par un matériel dédié tel qu'un circuit de traitement, ou par une unité de traitement programmable telle qu'une unité centrale de traitement (Central Processing Unit) qui exécute un programme stocké dans une mémoire de celui-ci. L'unité de stockage 52 peut être formée par n'importe quel moyen approprié capable de stocker le programme ou les programmes et des données d'une manière lisible par un ordinateur. Des exemples d'unité de stockage 52 comprennent des supports de stockage non transitoires lisibles par ordinateur tels que des dispositifs de mémoire à semi-conducteurs, et des supports d'enregistrement magnétiques, optiques ou magnéto-optiques chargés dans une unité de lecture et d'écriture.
L'interface réseau 53 fournit une connexion entre la destination et l'ensemble des nœuds
Figure imgf000022_0001

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de transmission destiné à un système de télécommunication OMAMRC, Orthogonal Multiple-Access Multiple-Relay Channel, à N nœuds et une destination (d), les N nœuds comprenant M sources (s 1 ... , sM) et éventuellement L relais (r1 ... , rL), avec M ≥ 2, L ≥ 0, comprenant une première phase au cours de laquelle, la destination reçoit des premières redondances (RV0) de messages transmis successivement par les M sources, le message d'une source ayant été codé avant transmission par un codage de type à redondance incrémentale comprenant plusieurs redondances et une deuxième phase comprenant les étapes suivantes mises en œuvre par la destination (d) :
- diffusion d'un message de contrôle identifiant une ou plusieurs sources pour lesquelles elle n'a pas décodé sans erreur ledit message émis, dites sources non décodées,
- réception d'au moins un identifiant d'au moins une source si non décodée par la destination transmis par un premier ensemble de nœuds comprenant au moins un nœud, pris parmi les N nœuds, ayant décodé sans erreur ledit message de la source si,
- détermination, parmi les nœuds du premier ensemble, d'un deuxième ensemble de nœuds, dit ensemble actif (Âi), associé à la source si,
- émission d'une demande de retransmission dudit message de la source si, à destination des nœuds de l'ensemble actif (Âi), et
- réception d'une même deuxième redondance du message de la source si transmise simultanément par au moins deux nœuds de l'ensemble actif (Âi) dans un même intervalle de temps.
2. Procédé selon la revendication 1, tel que la détermination de l'ensemble actif (Âi) comprend, pour au moins un sous-ensemble (Ai) de nœuds pris parmi le premier ensemble de nœuds : la détermination d'une métrique d'utilité, en fonction de la taille dudit sous-ensemble (Ai) et de la qualité d'un canal établi entre la source si et la destination (d) via les nœuds du sous- ensemble (Ai), la détermination, parmi les sous-ensembles de nœuds pris parmi le premier ensemble de nœuds, du sous-ensemble (Ai) dont la métrique d'utilité déterminée est la plus grande comme ensemble actif (Âi).
3. Procédé selon la revendication 2, tel que la détermination de la métrique d'utilité d'un sous-ensemble (Ai) comprend : la détermination d'une information mutuelle
Figure imgf000023_0001
représentative de la qualité d'un canal établi entre la source si et la destination via les nœuds du sous-ensemble (Ai), appelée information mutuelle relative au sous-ensemble (Ai), la métrique d'utilité étant une fonction de ladite information mutuelle ainsi déterminée.
4. Procédé selon la revendication 3, tel que la métrique d'utilité d'un sous-ensemble est proportionnelle à l'information mutuelle relative audit sous-ensemble.
5. Procédé selon la revendication 3, tel que la métrique d'utilité d'un sous-ensemble est inversement proportionnelle à une fonction croissante de la taille dudit sous-ensemble (Ai), ladite fonction croissante présentant une croissance logarithmique.
6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, tel que le calcul de la métrique d'utilité M(Xi) est effectué pour tous les sous-ensembles (Ai) pris parmi le premier ensemble de nœuds.
7. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, tel qu'il comprend en outre la construction d'un sous-ensemble (Ai) initialement égal à l'ensemble vide, ladite construction comprenant au moins une itération des étapes suivantes : déterminer un nœud (y) extérieur au sous-ensemble (Ai) présentant le plus grand rapport signal à bruit (SNR), si l'ajout dudit nœud (y) au sous-ensemble (Ai) améliore la métrique d'utilité du sous- ensemble (Ai), ajouter le nœud (y) au sous-ensemble (Ai), à la dernière itération, le sous-ensemble (Ai) ainsi construit étant l'ensemble actif (Âi).
8. Procédé selon l'une des revendication 2 à 7, comprenant en outre : la détermination, pour au moins une source (si) non décodée par la destination, d'un ensemble (Hi) associé comprenant les nœuds ayant décodé sans erreur le message émis par ladite source non décodée par la destination, et la détermination de l'information mutuelle relative audit ensemble (Hi) associé, et la détermination, dans un ensemble de sources non décodées, de la source dont l'ensemble associé présente l'information mutuelle relative la plus élevée, et la détermination de l'ensemble actif de ladite source ainsi déterminée, l'ensemble actif de chacune desdites au moins une source non décodée étant égal audit ensemble actif ainsi déterminé.
9. Système comprenant M sources (s1, ... , sM), L relais (r1; ... , rL) et une destination (d), M > 2, L ≥ 0, pour une mise en œuvre d'un procédé de transmission selon l'une des revendications précédentes.
10. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour la mise en œuvre d'un procédé de transmission selon la revendication 1, lorsqu'il est exécuté par un processeur.
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