Brevet FR2789244A1 — publié le 20000804

Egaliseur à retour de décisions pondérées, et procédé d'égalisation correspondant. Le domaine de l'invention est celui de la réception de signaux numériques, notamment lorsque ces derniers sont transmis via des canaux de transmission perturbés. Plus précisément, l'invention concerne l'égalisation de tels signaux. Un récepteur de signaux numériques peut être décomposé arbitrairement en une série de modules, comprenant une tête radiofréquence (RF), reliée à l'antenne de réception, un convertisseur analogique/numérique, un égaliseur et un décodeur de canal. Ce dernier module a pour rôle d'améliorer les performances de la transmission notamment vis-à-vis du bruit, en fonction du codage correspondant mis en oeuvre à l'émission. L'objet de l'égaliseur est quant à lui de combattre les imperfections dues au canal de transmission (par exemple les échos, les évanouissements, les "fadings",...). En d'autres termes, il a pour but de remettre en forme le signal reçu, ou encore "d'ouvrir l'oeil" (en référence au classique "diagramme de l'oeil"). L'égalisation repose sur trois éléments un (des) filtre(s); - un critère de qualité; - un algorithme de calcul des coefficients de filtrage. Cet algorithme détermine les coefficients qui optimisent (c'est-à-dire maximisent, par exemple si le critère est l'ouverture de l'oeil, ou minimisent, pas exemple si le critère est une erreur quadratique moyenne (EQM)) le filtrage, donc l'égalisation. Classiquement, l'égaliseur repose donc sur la mise en oeuvre d'une boucle fermée. On peut distinguer deux grands types d'égaliseurs, selon leur utilisation - les égaliseurs adaptatifs, dont le critère de qualité est déterminé à partir d'une référence, connue du récepteur et émise par l'émetteur (au détriment, bien évidemment, du débit utile); - les égaliseurs auto-adaptatifs (ou autodidactes, ou "blind" en anglais), ne nécessitant pas de références (les décisions après décodage étant, par exemple, dans un fonctionnement dit "decision directed", utilisées comme des références). On peut par ailleurs distinguer trois grandes structures d'égaliseurs les filtres à réponse impulsionnelle finie (RIF), correspondant à des filtres transversaux classiques; - les filtres à réponse impulsionnelle infinie linéaires (RII linéaires), mettant en oeuvre un filtre RIF direct ("forward") et un filtre RIF récursif ("feedback") rebouclé sur la sortie de l'égaliseur; - les filtres à réponse impulsionnelle infinie non-linéaires (RII non- linéaires), qui tiennent compte des décisions prises sur la valeur des reçues (ces décisions étant introduites dans le filtre récursif). L'invention concerne plus précisément ce dernier type d'égaliseurs, classiquement appelés égaliseurs à retour de décisions (ERD, ou DFE en anglais). Le fonctionnement de l'égaliseur est généralement décomposé en deux phases: une phase de convergence (qui utilise ou non des références), et une phase de poursuite. L'invention peut être utilisée pour la phase de poursuite, ainsi que pour la phase de convergence. Une autre technique (par exemple à l'aide de références) peut également être utilisée pour la phase de convergence. Pour plus de précisions sur les différents égaliseurs connus et leur mise en oeuvre, on pourra se référer à l'article d'Odile MACCHI "L'égalisation numérique en communications" (Ann. Télécomun.; 53, n0 1- 2, 1998), qui présente une synthèse sur les différentes techniques existantes. Comme le précise cet article, l'égaliseur du maximum de vraisemblance (MLSE) est le plus efficace. Il présente toutefois divers inconvénients, et notamment une grande complexité, qui ne permette pas sa mise en oeuvre en pratique (en particulier pour des modulations à grand nombre d'états). L'ERD apparaît donc être le système offrant le meilleur rapport entre les performances d'égalisation et la complexité de mise en oeuvre. Cependant, il souffre d'un défaut inhérent à sa structure même: le phénomène de propagation des erreurs. Ce phénomène est dû à la fois à l'injection d'erreurs dans la partie récursive de l'égaliseur, et à la divergence de l'algorithme de calcul des coefficients de filtrage, lorsque le critère de qualité est faussé par ces erreurs. Il est d'ailleurs très difficile de distinguer la part respective de chaque contribution dans la divergence de l'ERD. Ce problème est un problème majeur, bien connu et non résolu efficacement. A cause de ce risque, difficilement quantifiable et prévisible, on constate que l'ERD est très peu utilisé en pratique. Les seules utilisations connues concernent des canaux très faiblement perturbés, par exemple pour la diffusion de télévision numérique sur réseau câblé (proposition américaine (FCC). Une technique a cependant été proposée par J. LABAT, O. MACCHI et C. LAOT, dans l'article "Adaptive Decision Feedback Equalization: can you skip the training period ?" (IEEE trans. On com., vol. 46, n 7, July 98). Elle consiste à faire une égalisation ERD uniquement lorsque le canal est déjà égalisé correctement par une autre méthode. Cela suppose une communication structurelle et algorithme réversible, en fonction d'un certain critère (I'EQM dans cet article). La mise en oeuvre de cette technique s'avère donc relativement lourde et complexe. Une autre méthode, bien sûr, consiste à transmettre très régulièrement une séquence de référence, suffisamment longue, afin de réinitialiser l'ERD lors d'une propagation d'erreurs. L'inconvénient évident d'une telle méthode est une consommation importante de débit inutile pour le service. Il ne s'agit donc clairement pas d'une solution d'avenir, alors que la tendance est, pour tous les services, à l'augmentation de débit. L'invention a notamment pour objectif de pallier ces différents inconvénients de l'état de l'art. Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une technique d'égalisation à retour de décisions qui limite l'effet des propagations d'erreurs, par rapport aux techniques connues. Un autre objectif de l'invention est de fournir une telle technique d'égalisation, qui soit peu complexe à mettre en oeuvre par rapport à la technique déjà citée de Labat et Macchi. L'invention a également pour objectif de fournir une telle technique d'égalisation, qui ne nécessite pas de commutation avec d'autres méthodes d'égalisation, dans certaines situations. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints, à l'aide d'un égaliseur à retour de décisions, comprenant un filtre direct (FF) et un filtre récursif (FB), dont les coefficients de filtrage sont déterminés de façon à optimiser un critère de qualité prédéterminé, ledit égaliseur recevant des données d'entrée, alimentant ledit filtre direct (FF), et délivrant des données égalisées, correspondant à la somme des sorties dudit filtre direct (FF) et dudit filtre récursif (FB). Selon l'invention ledit filtre récursif (FB) est alimenté par des données pondérées, dont la valeur tient compte desdites données égalisées et d'une information de confiance correspondante. Ainsi, le symbole (ou donnée) introduit dans le filtre récursif n'est plus (à tout le moins pas systématiquement) la donnée égalisée, qui est parfois porteuse d'une erreur qui va se propager. Pour éviter cette propagation, cette donnée est modifiée d'une façon adéquate, lorsque la confiance affectée à la donnée égalisée n'est pas suffisante. L'invention introduit donc une pondération, fonction de la confiance, qui permet de lutter efficacement contre la propagation des erreurs. On notera que l'invention peut être mise en oeuvre pour la phase de poursuite de l'égalisation, mais également pour la phase de convergence. De façon avantageuse, l'optimisation dudit critère de qualité tient compte également de ladite information de confiance. En d'autres termes, l'erreur prise en compte pour piloter l'algorithme de calcul des coefficients de filtrage n'est plus systématiquement la différence entre la donnée égalisée et le symbole le plus probable correspondant. Au moins lorsque la confiance est insuffisante, cette erreur est adaptée, de façon à réduire le phénomène de propagation des erreurs. Selon une approche préférentielle de l'invention, l'égaliseur comprend des moyens de calcul de ladite information de confiance dans ladite donnée égalisée, et des moyens d'utilisation de ladite information de confiance, alimentant ledit filtre récursif (FB). Différentes méthodes peuvent être mises en oeuvre pour le calcul et pour l'utilisation de l'information de confiance. Selon un premier mode de réalisation avantageux de l'invention, ladite information de confiance tient compte d'au moins une distance entre ladite donnée égalisée et le symbole le plus probable correspondant à ladite donnée. Notamment, ladite distance peut être comparée à au moins un seuil, le traitement de ladite donnée étant fonction du résultat du seuillage. Dans ce cas en particulier, ce que ledit au moins un seuil peut être optimisé itérativement. Bien sûr; il peut également être fixe, ou réglable à la demande par l'utilisateur. Selon une réalisation particulière de l'invention, l'égaliseur met en oeuvre un seuil unique, et en ce que ladite donnée pondérée alimentant le filtre récursif (FB) est: - ledit symbole le plus probable, si ladite distance est inférieure audit seuil; - ladite donnée égalisée, si ladite distance est supérieure audit seuil. Dans ce cas, l'optimisation d'un critère de qualité peut avantageusement consister à minimiser une erreur valant: - ledit symbole le plus probable moins ladite donnée égalisée, si ladite distance est inférieure audit seuil; - zéro, si ladite distance est supérieure audit seuil. Selon un second mode de réalisation avantageux de l'invention, ladite information de confiance vaut: C Min (dx+,dy, dx-,dy*) Cy = à Y - A o: dx+, dy', dx-, et dy+, sont les quatre distances, selon les axes x et y, entre ladite donnée égalisée et la frontière définissant la zone d'association d'une donnée audit symbole le plus probable; Aest la distance entre ladite frontière et ledit symbole le plus probable. Alors, ladite donnée pondérée alimentant ledit filtre récursif (FB) est préférentiellement: Yrécursif = Cy. y' + (l-Cy).y o: y' est ledit symbole le plus probable; y est ladite donnée égalisée. Par ailleurs, de façon avantageuse, l'optimisation d'un critère de qualité peut consister à minimiser: erreur = Cy. (y'- y) o: y' est ledit symbole le plus probable; y est ladite donnée égalisée. Bien sûr, l'égaliseur de l'invention peut mettre en oeuvre simultanément en oeuvre les deux approches décrites ci-dessus, sous une forme adaptée. Selon un aspect préférentiel de l'invention, on prévoit de traiter différemment lesdites données égalisées, lorsque celles-ci se trouvent à l'extérieur de la constellation définie par les symboles possibles. On constate en effet que le risque d'erreur reste faible, même lorsque la confiance est faible. Notamment, les données se trouvant à l'extérieur de ladite constellation peuvent être projetées sur le bord le plus proche de ladite constellation. Après projection, on détermine avantageusement une donnée pondérée de la même façon que pour les données se trouvant à l'intérieur de ladite constellation. L'invention concerne également le procédé d'égalisation mis en oeuvre par l'égaliseur décrit ci-dessus. Un tel procédé d'égalisation à retour de décisions comprend les étapes suivantes: - filtrage direct (FF) de données d'entrée; - filtrage récursif (FB); - délivrance de données égalisées correspondant à la somme des sorties desdits filtrages direct et récursif; - détermination des coefficients de filtrage desdits filtrages direct et récursif; - détermination d'une information représentative de la confiance affectée à ladite donnée égalisée; - délivrance audit filtrage récursif d'une donnée pondérée, tenant compte de ladite donnée égalisée et de ladite information de confiance. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels: - la figure I est un schéma de principe, connu en soi, d'un égalisateur DFE; - la figure 2 présente un égaliseur selon l'invention; - la figure 3 illustre le principe de calcul de la confiance dans l'égaliseur de la figure 2, selon un premier mode de mise en oeuvre; - la figure 4 illustre le principe de calcul de la confiance dans l'égaliseur de la figure 2, selon un second mode de mise en oeuvre, - les figures 5A à 5E sont cinq exemples illustrant l'efficacité de l'égalisation selon l'invention, par rapport à un ERD classique. La figure 1 présente le principe, connu en soi, et déjà commenté en préambule, d'un égaliseur à retour de décisions. Cet égaliseur reçoit une donnée x, correspondant à une donnée émise, ayant subi les perturbations du canal de transmission, et délivre une donnée estimée correspondante y'. Il comprend un premier filtre direct (FF) 11, et un filtre récursif (FB) 12, dont les coefficients de filtrage sont calculés par un module 13 mettant en oeuvre un algorithme d'optimisation, en fonction d'un critère prédéterminé. Le filtre direct 1 1 est alimenté par le symbole (ou donnée) reçu x, et le filtre récursif 12 par le symbole estimé y'. Ce dernier symbole est délivré par un module 14 d'estimation, qui détermine le symbole le plus probable, par une analyse de la somme y 15 de la sortie des deux filtres 11 et 12. Le calcul 13 des coefficients met par exemple en oeuvre un algorithme de minimisation de l'erreur quadratique moyenne (LMS-DD), tenant compte de l'erreur e correspondant à la différence entre y et y'. La figure 2 illustre un égaliseur selon l'invention. Les éléments déjà présents dans la figure 1 conservent la même numérotation. On voit apparaître deux nouvelles fonctions (qui peuvent, dans certains modes de réalisation, être cumulées): - calcul de la confiance 21 de la sortie y du filtre; - utilisation 22 de cette confiance. L'information de confiance est notamment utilisée pour adapter la valeur (Yrécurif) qui est introduite dans le filtre récursif 12 et/ou pour adapter la valeur de l'erreur e prise en compte pour le calcul 13 des coefficients de filtrage. Ainsi, ce n'est pas la valeur y' qui est prise en compte en entrée du filtre récursif, mais une valeur adaptée Yrcursif, permettant d'obtenir une égalisation plus efficace, et notamment une propagation limitée des erreurs. A titre d'exemples, on présente ci-après deux techniques pouvant être mis en oeuvre pour calculer la confiance de la sortie du filtre. Dans ces deux cas, les coefficients des filtres directs et récursifs sont pilotés par un algorithme LMS-DD. La première technique, illustrée par la figure 3, repose sur un calcul de la distance entre la donnée y 31 effectivement calculée par le filtre, et la décision la plus proche 32, c'est-à-dire le symbole plus probable (et donc, a priori, celui qui serait décidé dans le cas de l'ERD classique). Dans le même temps, on met en oeuvre la règle d'utilisation de cette confiance (c'est-à-dire de la distance d) suivante: - si la confiance est suffisante, c'est-à-dire supérieure à un seuil dmr,, alors la donnée introduite dans le filtre récursif 12 Ycursf est égale à la décision; sinon, la donnée Ycursif est égale à la sortie du filtre y avant décision. La mise en oeuvre de cette règle est excessivement simple, comme cela apparaît clairement sur la figure 3. En effet, l'utilisateur définit le seuil minimal de confiance, appelé din, normalisé à A (A étant la distance entre la décision et la frontière avec la zone affectée à une décision voisine). Autour de l'éventuel symbole décidé, on trace un carré 33, ou un cercle de dimension dmin. Si la donnée y en sortie de l'égaliseur est à l'intérieur de ce carré, alors la donnée introduite dans le filtre récursif 12 est: Yrcursif = décision sinon: Yrécursif = Y A ce niveau, d'autres règles peuvent, bien entendues, être utilisées. En ce qui concerne l'erreur e prise en compte dans l'algorithme de calcul des coefficients de filtrage, la règle peut être la suivante: si d 75 + dmn, alors Dx = 75 si Dy > 75 + dmin, alors Dy = 78 Ensuite, on applique de façon inchangée les règles sur Yrécursif et sur l'erreur e. La valeur de dmjni peut être fixée par l'utilisateur. On peut également prévoir qu'une valeur optimale de dnin est recherchée de manière automatique, à l'aide d'un algorithme itératif. Le second mode de réalisation proposé, illustré par la figure 4, consiste à calculer la confiance à l'aide de l'équation suivante C = Min (dx+,dy', dx-, dy+) A La règle proposée selon cette seconde méthode est avantageusement la suivante: Yrécursif = Cy.yesti,,m + (1-cy)'Y erreur = cy.(yestimé - Y) A nouveau, on peut traiter différemment les points se trouvant à l'extérieur de la constellation, en effectuant la projection suivante (cas d'une MAQ 64): si Dx > 7/ alors Dx= 73 si Dy > 75 alors Dy= 73 Ensuite, on applique la règle proposée ci-dessus. Bien sûr, d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés. Notamment, on peut "mélanger" les approches définies ci-dessus, par exemple en prévoyant, dans le mode de réalisation illustré par la figure 3, plusieurs carrés (ou cercles), correspondant à plusieurs seuils, un traitement particulier étant prévu pour chacun de ces seuils. On peut également prévoir d'appliquer la première règle lorsque la distance est inférieure à dmin, et la seconde règle dans le cas contraire. Les figures SA et 5B illustrent des simulations montrant l'efficacité de la technique de l'invention. Le contexte de simulation est issu du document "association des fonctions d'égalisation, de synchronisation et de décodage canal pour les modulations à grande efficacité spectrale" de D. Mottier (thèse INSA Rennes; novembre 1997). Il s'agit de la transmission d'une modulation MAQ 64, suivant le schéma DVB-câble à travers deux canaux stationnaires différents (figures 5A et 5B). Le premier (figure 5A) correspond à un canal légèrement perturbé, comprenant un écho de 10 dB à 30 Ts. Le second canal (figure 5B) est un canal très fortement perturbé, et donc très difficile à égaliser, défini par la réponse impulsionnelle suivante: H = (0,8264; -0,1653; 0,8512; 0,1636; 0,81) Pour ces deux canaux, une perturbation 51 a été volontairement ajoutée pendant la phase de poursuite des égaliseurs, afin de générer un phénomène de propagation d'erreur dans le cas 52 de l'ERD classique. Tous les égaliseurs illustrés, optimisés par un LMS-DD, ont convergé à l'aide d'une séquence d'apprentissage. On a représenté les résultats obtenus avec un ERD optimal 53 (ERD supervisé), qui est un égalisateur "virtuel" pour lequel les données utilisées pour le filtre récursif et l'algorithme sont les données émises, qui est généralement considéré comme l'ERD ayant les performances optimales, avec lesquelles il faut comparer un égaliseur réel. On constate sur ces deux figures que l'ERD classique 52 part très rapidement en propagation d'erreurs, lorsque la non stationnarité 51 apparaît. En revanche, dans les deux cas, la technique de l'invention 54 (ERDP, pour ERD pondéré), reste stable. On utilise ici le premier mode de réalisation décrit, avec une valeur de dmn" = 0,6. La figure 5C illustre la même situation que la figure 5B, lorsque l'on utilise le second mode de réalisation décrit. A nouveau, on constate qu'il n'y a pas de divergence de la courbe 54, contrairement à l'ERD classique 52. La figure 5D présente quant à elle un exemple de traitement d'une modulation MAQ 16 soumise successivement: - à un bruit 55 de 16 dB (à l'instant correspondant à l'itération 000); - à un écho 56 (à l'instant correspondant à l'itération 20 000). A nouveau, on constate que, malgré ces deux perturbations importantes, il n'y a pas de divergence due à la propagation des erreurs. Dans les quatre exemples ci-dessus, on se trouve en phase de poursuite, la phase de convergence ayant été préalablement effectuée (par exemple à l'aide d'une séquence de référence). Dans l'exemple de la figure 5E, en revanche, on montre qu'un fonctionnement autodidacte peut être obtenu selon l'invention. Il s'agit ici d'une modulation MAQ16 soumise à un bruit de dB. Les phases de convergence et de poursuite sont assurées en mettant en oeuvre le second mode de réalisation. REVENDICATIONS 1 - Egaliseur à retour de décisions, comprenant un filtre direct (FF) (11) et un filtre récursif (FB) (12), dont les coefficients de filtrage sont déterminés (13) de façon à optimiser un critère de qualité prédéterminé, ledit égaliseur recevant des données d'entrée (x), alimentant ledit filtre direct (FF), et délivrant des données égalisées (y'), correspondant à la somme des sorties dudit filtre direct (FF) et dudit filtre récursif (FB), caractérisé en ce que ledit filtre récursif (FB) est alimenté par des données pondérées (Yrc,,ursif), dont la valeur tient compte desdits données égalisées (y) et d'une information de confiance correspondante. 2- Egaliseur à retour de décisions selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'optimisation (13) dudit critère de qualité tient compte également de ladite information de confiance. 3- Egaliseur à retour de décisions selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (21) de calcul de ladite information de confiance dans ladite donnée égalisée, et des moyens (22) d'utilisation de ladite information de confiance, alimentant ledit filtre récursif (FB). 4 - Egaliseur à retour de décisions selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite information de confiance tient compte d'au moins une distance (d) entre ladite donnée égalisée et le symbole le plus probable correspondant à ladite donnée. - Egaliseur à retour de décisions selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite distance (d) est comparée à au moins un seuil (dran,), le traitement de ladite donnée étant fonction du résultat du seuillage. 6- Egaliseur à retour de décisions selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit au moins un seuil est optimisé itérativement. 7- Egaliseur à retour de décisions selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un seuil unique, et en ce que ladite donnée pondérée alimentant le filtre récursif (FB) est: ledit symbole le plus probable, si ladite distance est inférieure audit seuil; - ladite donnée égalisée, si ladite distance est supérieure audit seuil. 8- Egaliseur à retour de décisions selon les revendications 2 et 7, caractérisé en ce que l'optimisation d'un critère de qualité consiste à minimiser une erreur valant: - ledit symbole le plus probable moins ladite donnée égalisée, si ladite distance est inférieure audit seuil; - zéro, si ladite distance est supérieure audit seuil. 9- Egaliseur à retour de décisions selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite information de confiance vaut: C =Min (dx+,dy',dx-,dy+) y A o: dx+, dy-, dx-, et dy+, sont les quatre distances, selon les axes x et y, entre ladite donnée égalisée et la frontière définissant la zone d'association d'une donnée audit symbole le plus probable; A est la distance entre ladite frontière et ledit symbole le plus probable. - Egaliseur à retour de décisions selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite donnée pondérée alimentant ledit filtre récursif (FB) est: Yrécursif = Cy. y' + (l-Cy).y o: y' est ledit symbole le plus probable; y est ladite donnée égalisée. 11- Egaliseur à retour de décisions selon l'une quelconque des revendications 9 et 10 caractérisé en ce que l'optimisation d'un critère de qualité consiste à minimiser: erreur = Cy. (y' - y) o: y' est ledit symbole le plus probable; y est ladite donnée égalisée. 12- Egaliseur à retour de décisions caractérisé en ce qu'il met en oeuvre simultanément en oeuvre un calcul selon l'une quelconque des revendications 4 à 8 et un calcul selon l'une quelconque des revendications 9 à 11. 13- Egaliseur à retour de décisions selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, caractérisé en ce qu'on traite différemment lesdites données égalisée, lorsque celles-ci se trouvent à l'extérieur de la constellation définie par les symboles possibles. 14- Egaliseur à retour de décisions selon la revendication 13, caractérisé en ce que les données se trouvant à l'extérieur de ladite constellation sont projetées sur le bord le plus proche de ladite constellation. - Egaliseur à retour de décisions selon la revendication 14, caractérisé en ce que, après projection, on détermine une donnée pondérée de la même façon que pour les données se trouvant à l'intérieur de ladite constellation. 16- Procédé d'égalisation à retour de décisions, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - filtrage direct (FF) (il 1) de données d'entrée; - filtrage récursif (FB) (12); - délivrance de données égalisées (y') correspondant à la somme (15) des sorties desdits filtrages direct (11) et récursif (12); - détermination (13) des coefficients de filtrage desdits filtrages direct et récursif; caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - détermination (21) d'une information représentative de la confiance affectée à chaque donnée égalisée; - délivrance audit filtrage récursif d'une donnée pondérée (Yrécursif), tenant compte de ladite donnée égalisée (y') et de ladite information de confiance.