Brevet FR2782426A1 — publié le 20000218

Dispositif d'étalement ou de désétalement de spectre. notamment pour la transmission dans un système cellulaire de radiocommunications mobiles du type à accès multiple par répartition de codes La présente invention concerne d'une manière générale les systèmes de communication dits à étalement de spectre, c'est-à-dire dans lesquels un étalement de spectre d'une séquence de données à transmettre est réalisé, en émission, au moyen d'un code d'étalement, et inversement, un désétalement est réalisé en réception, afin de retrouver la séquence d'origine. L'étalement d'une séquence de données incidente de N symboles, notée lo (dl, d2,..., dN), par un code de longueur (ou facteur d'étalement) Q, noté CQ=(cl, c2,..., cQ), fournit une séquence de longueur Q.N, qui peut être représentée par: (dl.cl, dl.c2..., dl.cQ, d2.cl, d2.c2,..., dN.cQ) o dl.cl représente la multiplication de dl par cl. Une représentation alternative de la séquence étalée de longueur Q.N est (dl.ca, d2.cQ,... dN.ca) o d1.cQ représente le produit du symbole dl par le code d'étalement CQ. Une approche plus générale de l'étalement consiste à avoir un code d'étalement différent pour chaque symbole de la séquence d'entrée, la séquence étalée résultante pouvant s'exprimer sous la forme: (dl.c),d2. c 2,...,dN.ccV) có) étant le code d'étalement associé au symbole dl. De manière préférentielle, tous les codes d'étalement ont la même longueur Q afin que la séquence étalée résultante ait la longueur Q.N. La figure 1 rappelle le principe de l'étalement, Ts désignant la période élémentaire (ou période symbole) d'une séquence non étalée, et Tc la période élémentaire (appelée aussi période "chip") d'une séquence étalée, Ts et Tc étant liés par la relation Ts = Q.Tc. Sur cette figure dn et dn+1 correspondent à deux symboles successifs d'une séquence incidente non étalée, et d'l et d'l+l correspondent à deux symboles élémentaires (ou "chips") successifs d'un même symbole étalé de la séquence incidente. Un des intérêts de ces systèmes est de permettre à plusieurs utilisateurs de partager une même bande de fréquences, en allouant des codes distincts à ces différents utilisateurs. Une application importante est constituée par les systèmes cellulaires de radiocommunications mobiles dits à accès multiple à répartition par codes (ou AMRC, ou encore CDMA en anglais, pour "Code Division Multiple Access"). Dans ces systèmes, une séquence étalée est genéralement embrouillée, avant transmission, au moyen d'un code (ou séquence) d'embrouillage (ou "scrambling" en anglais), pour diverses raisons telles que notamment pour mieux lutter contre les interférences, ou encore pour assurer une confidentialité des informations transmises. L'embrouillage d'une séquence incidente de L symboles élémentaires ou "chips", notée (d'l, d'2,..., d'L), par une séquence d'embrouillage de longueur L, notée (vl,v2,...,vL), fournit une séquence de longueur L qui peut être représentée par: (d'l.v 1,d'2.v 2,..., d'L.vL) La séquence d'embrouillage peut être constituée par une très longue séquence, typiquement de type pseudo-aléatoire. Une telle séquence permet notamment de lutter contre les signaux interféreurs en les rendant aléatoires, du moins sur la durée de ladite séquence d'embrouillage. La séquence d'embrouillage peut aussi être constituée par une séquence courte, typiquement de longueur L égale à la longueur Q du code d'étalement (ou à un multiple entier de celle-ci), comme illustré sur la figure 2 qui reprend le même type de représentation que la figure 1, et o d"l et d"l+1 désignent deux 1 o symboles élémentaires (ou "chips") successifs d'un même symbole étalé et embrouillé de la séquence incidente. Ceci permet notamment, en attribuant des séquences d'embrouillage distinctes à des cellules réutilisant les mêmes codes d'étalement, de réduire les interférences entre ces cellules. Un des intérêts de ces séquences courtes est de permettre d'obtenir des signaux émis présentant une cyclostationarité dont la période est proportionnelle à L, ce qui permet d'utiliser efficacement certaines classes d'algorithmes, comme décrit cidessous. Une description de la cyclostationarité peut par exemple se trouver dans l'article "Exploitation of Spectral Redundancy in Cyclostationary Signals", IEEE Signal Processing Magazine, april 1991, pp. 14-36. Les interférences entre utilisateurs dans une même cellule peuvent être réduites en utilisant en réception un algorithme de décodage qui permette, à partir notamment des signaux reçus et d'une connaissance des codes de ces différents utilisateurs, de reconnaître de tels signaux interféreurs et donc de les rejeter. A titre d'exemple de tels algorithmes de décodage, on peut citer les algorithmes dits de détection soustractive, ou encore les algorithmes dits de détection conjointe (ou "joint-detection" en anglais). Lorsque tous les signaux présentent une cyclostationarité courte de même période, il est en particulier possible d'utiliser des algorithmes exploitant cette cyclostationarité. De tels algorithmes sont par exemple décrits dans l'article "Interference Rejection in 3o Digital Wireless Communications", IEEE Signal Processing Magazine, May 1997, pp. 37-62. Un besoin existe par ailleurs dans ces systèmes cellulaires de radiocommunications mobiles, qui est de transmettre des données de débit variable, notamment parce que le débit de l'utilisateur est lui-même variable (par exemple dans le cas de transmission de données de type multimedia), ou encore parce que, suivant les conditions de propagation des signaux radioélectriques, une redondance plus ou moins importante est à introduire dans les données à transmettre, en vue d'obtenir une protection plus ou moins grande contre les erreurs de transmission. Il est connu, pour permettre une augmentation de débit des données à transmettre par un utilisateur, pour une même bande de fréquences allouée (c'est-à-dire pour une même durée Tc), d'allouer à cet utilisateur plusieurs codes de longueur Qm lorsque la capacité d'un seul code de longueur Qm est dépassée. Une telle technique a notamment pour inconvénient d'entraîner une certaine complexité de mise en oeuvre. Une autre technique connue, permettant d'éviter cet inconvénient, consiste, pour permettre une augmentation de débit des données à transmettre par un utilisateur, pour une même bande de fréquences allouée (c'est-à-dire pour une même durée Tc), a réduire la longueur du code alloué a cet utilisateur afin qu'il continue à n'émettre que sur un code. Le principe d'une telle technique est rappelé sur la figure 3, qui utilise le même type de représentation que les figures 1 et 2, mais pour deux débits différents de la séquence incidente, repérés respectivement par des indices 1 et 2, en l'occurrence pour trois symboles successifs dn, dn+1 et dn+2 de la séquence incidente, la période symbole correspondant à Tsl pour le symbole dn, et à Ts2 pour les symboles dn+l et dn+2, et la longueur de code correspondant à Q1 pour le symbole dn, et à Q2 pour les symboles dn+l et dn+2. Un problème se pose alors, dû au fait qu'un système cellulaire de radiocommunications mobiles peut avoir à gérer simultanément plusieurs utilisateurs dont les débits instantanés, donc la longueur des codes d'étalement, sont distincts et peuvent en outre individuellement prendre des valeurs différentes au cours du temps. Ce problème est que certains algorithmes, notamment de décodage, tels que notamment les algorithmes de décodage rappelés plus haut, ne peuvent pas, sans modifications, accepter des codes de longueur différente pour différents utilisateurs (que ce soit à un même instant ou à des instant différents). Un problème de même nature se poserait également pour le cas de plusieurs codes de longueurs différentes alloués à un même utilisateur. Un problème de même nature se poserait également pour le cas d'un code de longueur variable alloué à un utilisateur. La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution à ce problème, permettant d'éviter d'avoir à modifier de tels algorithmes pour leur permettre d'accepter des codes de longueur différente. Un des objets de la présente invention consiste ainsi dans un dispositif d'étalement ou de désétalement de spectre, notamment pour la transmission dans un système cellulaire de radiocommunications mobiles du type à accès multiple par répartition de codes, ce dispositif étant essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte, pour l'étalement ou le désétalement d'une séquence incidente au moyen d'un code d'étalement de longueur Q: des moyens pour répartir les différents symboles de données de cette séquence incidente en différentes sous-séquences, - des moyens pour étaler ou désétaler chacune de ces sous-séquences au moyen d'un code d'étalement de longueur Q0 multiple de la longueur Q de ce code, lesdites sous-séquences et lesdits codes d'étalement de longueur Q0 qui leur sont appliqués étant déterminés pour que la séquence qui serait obtenue par superposition des différentes sous- séquences étalées ou désétalées ainsi obtenues soit la même que celle qui serait obtenue par étalement ou désétalement de la séquence incidente au moyen du code de longueur Q. Un autre objet de la présente invention consiste aussi dans un dispositif de désétalement d'une séquence incidente au moyen respectivement de K codes d'étalement de longueur respective Qk (avec 1 et ladite longueur QO étant commune pour les K codes. Un autre objet de la présente invention consiste aussi dans un dispositif d'étalement de K séquences incidentes au moyen respectivement de K codes d'étalement de longueur respective Qk (avec 1 et ladite longueur QO étant commune pour les K codes. Suivant une autre caractéristique, lesdits K codes d'étalement ayant des longueurs inférieures ou égales à une longueur maximale prédéterminée Qmax, ladite longueur QO est inférieure ou égale à Qmax. Suivant une autre caractéristique, ledit dispositif comporte en outre des moyens de traitement recevant les différentes sous-séquences étalées ou désétalées obtenues pour les K codes. Suivant une autre caractéristique, lesdits moyens de traitement de différentes sous-séquences désétalées ainsi obtenues pour les K codes comportent des moyens pour mettre en oeuvre un algorithme dit de détection conjointe. D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, faite en relation avec les dessins ci-annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un diagramme destiné à illustrer l'étalement de spectre d'une séquence incidente, - la figure 2 est un diagramme destiné à illustrer l'étalement de spectre et l'embrouillage dune séquence incidente, - la figure 3 est un diagramme destiné à illustrer l'étalement de spectre, dans le cas d'un code d'étalement de longueur variable, - la figure 4 est un schéma de principe d'un émetteur notamment pour un système cellulaire de radiocommunications mobiles du type à accès multiple par réparation de codes, auquel la présente invention est applicable, - la figure 5 est un schéma de principe d'un récepteur, notamment pour un système cellulaire de radiocommunication mobile du type à accès multiple par répartition de codes, auquel la présente invention est applicable, - la figure 6 est un schéma de principe d'un dispositif suivant l'invention, - la figure 7 est un diagramme destiné à illustrer le fonctionnement d'un tel dispositif, - la figure 8 est un schéma de principe d'un dispositif suivant l'invention, o utilisé à l'émission, notamment dans un système cellulaire de radiocommunications mobiles du type à accès multiple par réparation de codes, - la figure 9 est un schéma de principe d'un dispositif suivant l'invention, utilisé en réception, notamment dans un système cellulaire de radiocommunications mobiles du type à accès multiple par réparation de codes. 3 5 L'émetteur illustré sur la figure 4 comporte: - des moyens 2 pour étaler K séquences de données incidentes ST1 à STK, au moyen respectivement de K codes d'étalement c,,) à cl - des moyens 3 pour embrouiller K séquences de données ST'I à ST'K issues des moyens 2, par un code d'embrouillage noté CE - des moyens 4 de modulation, recevant les différentes séquences ST"1 à ST'K issues des moyens 3, - des moyens 5 d'émission recevant les signaux modulés issus des moyens 4 et fournissant des signaux radioélectriques correspondants. Le récepteur illustré sur la figure 5 comporte: - des moyens 6 de réception, - des moyens 7 de démodulation, - des moyens 8 pour désembrouiller une séquence de données SR", issue des moyens 7, par ledit code d'embrouillage CE - des moyens 8 pour désétaler une séquence de données SR' issue des s moyens 8, au moyen respectivement desdits K codes d'étalement côt'à c,',', et pour fournir K séquences désétalées SR1 à SRK destinées à être exploitées, dans des moyens de traitement 10, par un algorithme de décodage du type mentionné plus haut, de manière à fournir une séquence de données reçues SR. Le dispositif suivant l'invention, illustré sur la figure 6, comporte, pour lo0 I'étalement ou le désétalement d'une séquence incidente S au moyen d'un code d'étalement C de longueur Q: - des moyens 20 pour répartir les différents symboles de données de cette séquence incidente en différentes sous-séquences, notées Si à Sp, - des moyens 21 (211 à 21p) pour étaler ou désétaler chacune de ces sous-séquences au moyen d'un code d'étalement de longueur Q0 multiple de la longueur Q (avec Q0/Q égal à p), les différents codes de longueur Q0 appliqués à ces différentes sous-séquences étant notés repectivement Cl à Cp. Lesdites sous-séquences S1 à Sp et lesdits codes C1 à Cp sont déterminés pour que la séquence qui serait obtenue par superposition des différentes sous-séquences étalées ou désétalées ainsi obtenues soit la même que celle qui serait obtenue par étalement ou désétalement de la séquence incidente au moyen du code C de longueur Q. Un exemple de fonctionnement d'un tel dispositif est illustré sur la figure 7. 2 5 La séquence incidente S considérée est formée des symboles: dl,..., dp.....d2p....etc. Dans l'exemple illustré sur la figure 7: la séquence SI est formée des symboles: dl, dp+1, d2p+1,...etc. 3 0 la séquence S2 est formée des symboles: d2, dp+2, d2p+2,...etc. la séquence Sp est formée des symboles: dp, d2p, d3p,...etc. 3 5 Le code C considéré est le suivant: C = (cl, c2,...cQ) Dans l'exemple illustré sur la figure 7 les codes Cl,...Cp sont les suivants C1 = (cl, c2,....cQ, 0......)................... 0) C2 =(0.............. 0, c, c2,....cQ, 0,........0) Cp = (0...............................0, cl,c2....cQ) Pour faciliter la compréhension, sur la figure 7 les différents codes C1, Cp ont été représentés en regard des différentes sous-séquences S1,..., Sp auxquelles ils s'appliquent. On vérifie sur cet exemple que la séquence qui serait obtenue par superposition des différentes sous-séquences étalées ou désétalées ainsi i0 obtenues est la même que celle qui serait obtenue par étalement ou désétalement de la séquence incidente au moyen du code de longueur Q. D'autres exemples seraient bien entendu possibles, et on comprendra qu'il n'est pas possible ici de les décrire tous. Le dispositif suivant l'invention est notamment utilisable dans les moyens de désétalement 9 de la figure 5. Dans ce cas, le dispositif suivant l'invention peut notamment être utilisé dans une station de base, ou dans un terminal mobile, pour désétaler une séquence de données incidente, non seulement au moyen du code d'étalement alloué à un utilisateur donné (ou au moyen d'un des codes alloués à cet utilisateur dans le cas o plusieurs codes lui sont alloués), mais également au moyen des codes alloués aux autres utilisateurs (ainsi éventuellement qu'au moyen des autres codes alloués à cet utilisateur) afin de mettre en oeuvre un algorithme de décodage tel que ceux mentionnés plus haut. Dans une telle application, un dispositif de désétalement d'une séquence incidente au moyen respectivement de K codes d'étalement de longueur respective Qk (avec 1 multiple de la longueur (telle que Q1 à QK) du code correspondant. Pour chaque valeur de k (1 et ladite longueur Q0 est commune pour les K codes. Comme indiqué plus haut, ceci évite donc d'avoir à modifier l'algorithme de décodage mis en oeuvre par des moyens 22 recevant les différentes sous- séquences issues des différents moyens tels que 211 à 21K, afin de lui faire accepter des codes de longueur différente. s Le dispositif suivant l'invention, utilisé à l'émission, notamment pour la transmission dans un système cellulaire de radiocommunications mobiles du type à accès multiple par répartition de codes, est notamment utilisable dans les moyens d'étalement 2 de la figure 4. Dans ce cas, le dispositif suivant l'invention peut notamment être utilisé dans une station de base, pour étaler différentes 0o séquences de données incidentes correspondant à différents utilisateurs servis par cette station de base; il peut aussi notamment être utilisé dans un terminal mobile, au moyen de différents codes d'étalement alloués à cet utilisateur. Dans une telle application, un dispositif d'étalement de K séquences incidentes telles que S1 à SK, au moyen respectivement de K codes d'étalement de longueur respective Qk (avec 1 multiple de la longueur Qk. Pour chaque valeur de k (1 et ladite longueur Q0 est commune pour les K codes. Ceci permet également d'éviter d'avoir à modifier un éventuel algorithme de codage qui serait mis en oeuvre dans des moyens 220 recevant les différentes sous-séquences issues des différents moyens tels que 210 à 210K, afin de lui faire accepter des codes de longueur différente. La réalisation des différents moyens constitutifs des schémas des figures 6, 8 et 9 ne posant de problèmes particuliers à l'homme de métier, ces moyens ne 3 5 nécessitent pas d'être décrits ici de manière plus détaillée que par leur fonction. On notera que ces schémas correspondent à des schémas de principe, mais il est bien évident qu'en pratique la structure peut être autre, notamment les différents moyens constitutifs de ces schémas peuvent être regroupés dans des moyens communs de traitement de signal. On notera par ailleurs que diverses variantes peuvent être apportées à ce qui a été décrit; notamment, pour une meilleure efficacité, le code d'étalement peut être choisi différent pour les différents symboles d'une séquence de données auxquels il s'applique. Revendications 1 Dispositif d'étalement ou de désétalement de spectre, notamment pour la transmission dans un système cellulaire de radiocommunications mobiles du type à accès multiple par répartition de codes, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte, pour l'étalement ou le désétalement d'une séquence incidente au moyen d'un code d'étalement de longueur Q: des moyens (20) pour répartir les différents symboles de données de cette séquence incidente en différentes sous-séquences, - des moyens (21) pour étaler ou désétaler chacune de ces sous- l0 séquences au moyen d'un code d'étalement de longueur Q0 multiple de la longueur Q, lesdites sous-séquences et lesdits codes d'étalement de longueur QO qui leur sont appliqués étant déterminés pour que la séquence qui serait obtenue par superposition des différentes sous- séquences étalées ou désétalées ainsi obtenues soit la même que celle qui serait obtenue par étalement ou désétalement de la séquence incidente au moyen du code de longueur Q. 2 Dispositif de désétalement d'une séquence incidente au moyen respectivement de K codes d'étalement de longueur respective Qk (avec 1 - des moyens (21t à 21K) pour désétaler chacune de ces sous- séquences au moyen d'un code d'étalement de longueur Q0 multiple de la longueur Qk, lesdites sous-séquences et lesdits codes d'étalement de longueur Q0 qui leur sont appliqués étant déterminés pour que la séquence qui serait obtenue par superposition des différentes sous- sequences désétalees ainsi obtenues soit la même que celle qui serait obtenue par désétalement de la séquence incidente au moyen du code de longueur Qk, et ladite longueur Q0 étant commune pour les K codes. 3 Dispositif d'étalement de K séquences incidentes au moyen respectivement de K codes d'étalement de longueur respective Qk (avec 1 et ladite longueur Q0 étant commune pour les K codes. 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, lesdits K codes d'étalement ayant des longueurs inférieures ou égales a une longueur maximale prédéterminée Qmax, ladite longueur Q0 est inférieure ou égale à Qmax. Dispositif selon l'une des revendications 1 a 4, caractérisé en ce qu I comporte en outre des moyens de traitement (22, 220) recevant les différentes sous-séquences étalées ou désétalées obtenues pour les K codes. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement de différentes sous-séquences désétalées ainsi obtenues pour les K codes comportent des moyens pour mettre en oeuvre un algorithme dit de détection conjointe.