Brevet FR2696604A1 — publié le 19940408

Dispositif d'estimation d'un canal de transmission La présente invention concerne un dispositif d'estimation d'un canal de transmission. Dans un système de transmission, notamment par ondes radio, un émetteur émet une séquence de symboles dans un canal de transmission à destination d'un récepteur La séquence émise subit des altérations dans le canal de transmission si bien que la séquence de symboles reçus par le récepteur ne lui est pas identique La principale de ces10 altérations est l'interférence entre symboles qui est dûe au fait qu'un symbole émis peut emprunter plusieurs trajets dans le canal de transmission En effet si deux trajets au moins présentent un écart supérieur à la distance séparant deux symboles émis successivement, un symbole empruntant un15 de ces trajets va venir interférer avec un symbole suivant empruntant un autre trajet plus court. Pour corriger l'interférence entre symboles dans le récepteur, on utilise un égaliseur qui, pour fonctionner correctement, doit connaître la réponse impulsionnelle du20 canal de transmission A cette fin, des symboles particuliers émis dans une séquence d'apprentissage sont des symboles connus, par opposition aux symboles de données qui font l'objet de la transmission et qui, par hypothèse, ne sont pas connus du récepteur Il est ainsi courant de25 prévoir qu'un paquet de symboles destiné à un récepteur particulier comprenne successivement des symboles de données, une séquence d'apprentissage et de nouveau des symboles de données, la séquence d'apprentissage étant ainsi disposée au centre du paquet.30 La séquence d'apprentissage est choisie en fonction des caractéristiques du canal de transmission et plus particulièrement en fonction de sa longueur. En effet, compte-tenu du fait que les symboles sont émis régulièrement et présentent donc une périodicité que l'on nomme durée- symbole, la longueur du canal se définit comme le nombre de durée- symboles qui est équivalent à la différence du trajet le plus long et du trajet le plus court de ce canal. Pour établir la réponse impulsionnelle du canal, on utilise, dans le récepteur, un dispositif d'estimation de canal qui génère une réplique de cette séquence d'apprentissage et la corrèle avec la séquence correspondante de symboles reçus Le résultat de la corrélation est un jeu de coefficients hi o i varie de O à L, L étant la longueur du canal, ce jeu de coefficients10 étant prévu pour renseigner l'égaliseur Le trajet le plus direct du canal est représenté par hot tandis que les autres coefficients représentent les trajets plus longs qui produisent des interférences avec le premier. Dans le cas le plus général, ces coefficients sont de nature complexe car les symboles reçus peuvent-se décomposer sur une base orthogonale en deux composantes, l'une dite "en phase" et l'autre "en quadrature" Par la suite, on conviendra de nommer ce jeu de coefficients réponse impulsionnelle.20 Pour tenir compte des conditions de transmission les plus diverses, la longueur du canal L serait théoriquement infinie, mais, pratiquement, c'est une donnée constante, choisie en fonction du système de transmission, que l'on fournit au dispositif d'estimation de canal Lorsque l'on25 affecte cette longueur d'une valeur faible, on supprime délibérément les trajets les plus longs du canal, ce qui a pour effet, si ces trajets sont effectivement empruntés, de dégrader les performances de l'égaliseur En effet, celui-ci n'aura pas toutes les informations reflétant le canal de30 transmission Il semblerait donc souhaitable d'affecter la longueur de canal d'une forte valeur Mais, dans ce cas, on augmente considérablement la complexité de l'égaliseur t qu'il fonctionne selon le principe d'une détection symbole par symbole (dont un exemple est connu sous le nom de DFE35 comme "Decision Feedback Equalizer") ou bien qu'il fonctionne selon le principe du maximum de vraisemblance en estimant une séquence de symboles (dont un exemple est connu sous le nom d'égaliseur de "Viterbi") En effet, la complexité de l'égaliseur, que l'on assimile ici au nombre d'opérations à effectuer, est directement liée au nombre des 5 coefficients de corrélation. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif d'estimation d'un canal de transmission qui, tout en fonctionnant à partir d'une longueur de canal importante, permet de diminuer la complexité de l'égaliseur qu'il10 renseigne. Le dispositif d'estimation d'un canal de transmission reçoit à une extrémité de ce canal une séquence d'entraînement correspondant à une séquence d'apprentissage produite à l'autre extrémité du canal, génère une réplique15 de la séquence d'apprentissage et procède à la corrélation des séquences d'apprentissage et d'entraînement pour produire un jeu de coefficients de corrélation Il comprend de plus des moyens de correction pour annuler les coefficients dont le module est inférieur à un seuil20 déterminé. Quel que soit le type de l'égaliseur, celui-ci voit sa complexité réduite si un coefficient de corrélation au moins est forcé à zéro Ainsi, tout en bénéficiant d'une longueur de canal importante, on diminue le nombre des coefficients25 de corrélation en annulant ceux qui n'apportent pas d'information sur le canal de transmission C'est le cas, par exemple, des coefficients correspondant aux trajets qui présentent le plus mauvais rapport signal à bruit De plus, la probabilité que le dispositif d'estimation fournisse un30 coefficient de corrélation hi égal à zéro est pratiquement nulle, ne serait-ce qu'en raison du bruit de calcul Or, dans la réalité, un tel coefficient a une probabilité non nulle de valoir zéro L'invention permet ici de forcer ce coefficient à zéro s'il a une valeur très faible, et évite35 ainsi de faire apparaître de l'interférence entre symboles là o il n'y en a pas. Dans un mode de réalisation avantageux du dispositif d'estimation, les moyens de correction annulent les coefficients de corrélation ayant les modules les plus faibles de sorte que la somme des carrés des modules de ces 5 coefficients soit inférieure à une fraction de la somme des carrés des modules de tous les coefficients de corrélation. Selon un autre mode de réalisation du dispositif d'estimation, les moyens de correction annulent les coefficients de corrélation dont le module est inférieur à10 une fraction déterminée du module du plus grand des coefficients de corrélation. Selon un troisième mode de réalisation du dispositif d'estimation, les moyens de correction annulent un nombre déterminé de ces coefficients de corrélation en les prenant15 par ordre de module croissant. L'invention apparaîtra maintenant de manière plus précise dans le cadre d'exemples de réalisation donnés à titre indicatif en référence à la figure unique qui représente le dispositif d'estimation appliqué à un canal de20 transmission. L'invention s'applique dans la plupart des systèmes de transmission, cependant, ces systèmes doivent satisfaire à certaines contraintes que l'on va présenter. En référence à la figure, le canal de transmission 1 de réponse impulsionnelle H reçoit les symboles émis si formant la séquence d'apprentissage et délivre les symboles reçus ri formant la séquence d'entraînement. Le dispositif d'estimation 2 du canal de transmission reçoit également la séquence d'apprentissage si générée localement et la séquence d'entraînement ri pour produire une estimation de la réponse impulsionnelle H du canal de transmission 1 En notant L la longueur du canal et P la longueur de la séquence d'apprentissage, le dispositif d'estimation 2 doit produire une estimation de la réponse35 impulsionnelle H représentée par les coefficients hi, i variant de O à L,à partir des symboles émis si, i variant de 1 à P et des symboles reçus ri, i variant de L+ 1 à P selon le critère des moindres carrés Il s'agit donc de minimiser l'erreur quadratique moyenne J: P L P 1 Iei I O ei=ri Jhk Si-k i=L+ 1 k= O En adoptant les notations suivantes: fio r L+ 1 e L+ 1 h 1 r L+ 2 e L+ 2 H=, R= À, E= h L rp ep En considérant que l'opérateur de transposition Hermitien est représenté par H et que l'opérateur de conjugaison est représenté par *: H= ho hl h L RH (r+ * * = -r L+ r L+ 2 ' ' r *) EH= (e L+ 1 e L+ 2 e En introduisant la matrice de transmission A et sa transposée Hermitienne AH * * * SL+ 1 SL+ 2 * sp * * * H SL SL+l ' P-1 A = H * * * S 1 52 *s P-L On peut alors écrire: E = R AH J = EHE La solution est donnée par l'ensemble des coefficients hi qui annulent la dérivée de l'erreur quadratique moyenne J par rapport à l'estimation de la réponse impulsionnelle H: = -2 AHR + 2 AHAH a H AHAH = AHR Il apparaît que pour accéder aux coefficients hi, il faut que la matrice AHA soit inversible Dans ce cas, ces coefficients sont obtenus par l'équation suivante: H = (AHA)-1 AHR La condition d'inversibilité de la matrice AHA nécessaire pour la mise en oeuvre de l'invention est remplie notamment lorsque la séquence d'apprentissage est une10 séquence dite CAZAC, abréviation de l'expression anglaise "Constant Amplitude Zero Auto Correlation" Des séquences de ce type sont décrites dans l'article de A MILEWSKI: "Periodic sequences with optimal properties for channel estimation and fast start-up equalization", IBM Journal of research & development, vol 27, N 05, sept 83, pages 426-431. Cette condition d'inversibilité est également remplie lorsque la séquence d'apprentissage est dite pseudo-CAZAC, c'est-à-dire lorsqu'elle se comporte comme une séquence CAZAC au voisinage du pic de corrélation Parmi les20 séquences pseudo-CAZAC figurent notamment les séquences utilisées dans le système de radiotéléphone cellulaire numérique européen connu sous le nom de système GSM. Les coefficients hi étant calculés, l'invention consiste à prévoir des moyens de correction pour annuler le ou les plus faibles d'entre eux, ceux dont la contribution à la réponse impulsionnelle du canal de transmision est la plus basse Une base de comparaison possible pour cette contribution est, par exemple, la somme des carrés des modules de tous les coefficients hi.30 Dans un exemple de réalisation de l'invention, on range dans une liste les carrés des modules des coefficients hi par ordre croissant On calcule également la somme T des carrés des modules de tous les coefficients hi On définit par ailleurs un seuil S au moyen d'un coefficient déterminé35 C tel que S = CT On recherche ensuite les p premiers éléments de la liste de sorte que la somme de ces éléments soit inférieure à S et de sorte que la somme de ces p éléments et du (p+l)ième élément de la liste soit supérieure à S Lorsque le nombre p est déterminé, on force à zéro, c'est-à-dire qu'on annule, les p coefficients hi correspondant aux p premiers éléments de la liste. On remarquera qu'il n'est pas nécessaire que la liste des carrés des modules soit complète, il suffit qu'elle comprenne p éléments On peut donc imaginer une procédure o10 cette liste est établie progressivement, élément par élément, lors de la recherche du nombre p et o elle est interrompue dès que l'on a trouvé ce nombre p. Le seuil S ou le coefficient C sont déterminés de manière empirique, par exemple au moyen d'une simulation faisant intervenir un canal de transmission modélisé. L'homme du métier comprend bien qu'il s'agit d'établir un compromis, que le seuil ne doit être ni trop haut ni trop bas, mais doit être ajusté pour optimiser le fonctionnement de l'égaliseur.20 Le dispositif de l'invention s'avère d'autant plus efficace que le rapport signal à bruit au niveau du récepteur est faible A titre d'exemple numérique, on peut fixer la valeur de C à 0,05 pour un rapport signal à bruit inférieur ou égal à 20 d B tandis qu'une valeur de 0,02 peut25 convenir pour un rapport signal à bruit supérieur à 20 d B. Le critère retenu pour procéder à 1 'annulation de certains des coefficients hi donne toute satisfaction. Cependant, on peut imaginer d'autres critères tout en restant dans le cadre de l'invention, notamment:30 supprimer tous les coefficients hi dont le carré du module est inférieur à une fraction déterminée de la somme T des carrés des modules de tous les coefficients, supprimer tous les coefficients hi dont le module est inférieur à une fraction déterminée du module du plus grand de ces coefficients hi, supprimer sans aucune condition un nombre déterminé de coefficients hi qui présentent les modules les plus faibles, ce nombre pouvant se réduire à l'unité. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'estimation ( 2) d'un canal de transmission ( 1)recevant à une extrémité de ce canal ( 1) une séquence d'entraînement (ri) correspondant à une séquence d'apprentissage (si) produite à l'autre extrémité du canal ( 1), générant une réplique de ladite séquence d'apprentissage (si) et procédant à la corrélation desdites séquences d'apprentissage (si) et d'entraînement (ri) pour10 produire un jeu de coefficients de corrélation (hi), caractérisé en ce qu'il comprend de plus des moyens de correction pour annuler lesdits coefficients (hi) dont le module est inférieur à un seuil déterminé. 2) Dispositif d'estimation ( 2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de correction annulent lesdits coefficients de corrélation (hi) ayant les modules les plus faibles de sorte que la somme des carrés des modules de ces coefficients soit inférieure à une fraction (S) de la somme des carrés des modules de tous les coefficients de corrélation (hi). 3) Dispositif d'estimation ( 2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de correction annulent lesdits coefficients de corrélation (hi) dont le module est inférieur à une fraction déterminée du module du plus grand25 desdits coefficients de corrélation (hi). 4) Dispositif d'estimation ( 2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de correction annulent un nombre déterminé desdits coefficients de corrélation (hi) en les prenant par ordre de module croissant.