Brevet FR2802049A1 — publié le 20010608

Procédé de détection multi-utilisateurs dans un téléphone mobile. La présente invention a pour objet un procédé de détection multi- utilisateurs dans un téléphone mobile. Elle permet de détecter et décoder un signal utile présent dans un signal reçu en améliorant un rapport signal à bruit. signal utile est émis par une station de base à travers un canal de propagation et à destination du téléphone mobile. Elle trouve plus particulièrement son application dans le domaine de la téléphonie mobile utilisant une méthode d'accès à ce canal de type CDMA (Code Division Multiple Access en anglais pour Accès Multiples à Répartition les Codes en français). Le but de l'invention est de supprimer dans signal reçu par le teléphone mobile une contribution apportée par des signaux parasites destinés à d'autres téléphones mobiles. Actuellement, les principales normes de téléphonie mobile utilisant des accès de type CDMA sont l'UMTS (Universal Mobile Telephony System en anglais pour Système de Téléphonie Mobile Universelle en français) et l'IMT2000 (International Mobile Telephony en anglais pour Teléphonie Mobile Internationale en français). Dans le cadre de ces normes, on émet un signal en codant par un code ou encore séquence d'étalement. Ces normes utilisent principalement des systèmes de codage dits systèmes CDMA (Direct Sequence en anglais pour Séquence Directe en français). Dans un système CDMA une séquence d'étalement est généralement une séquence binaire pseudo-aléatoire. Une telle séquence binaire possède l'avantage d'être quasi orthogonale voire orthogonale vis à vis d'une autre séquence binaire pseudo- aléatoire. Cette quasi-orthogonalité est d'autant meilleure qu'une période de la séquence d'étalement est grande. Ainsi, le principe de base du système DS- CDMA consiste à multiplier un signal original à émettre par une séquence d'étalement, ce qui a pour effet d'augmenter la largeur de bande du signal original. La propriété d'orthogonalité se traduit par le fait qu'un signal original codé par une telle séquence d'étalement et multiplié à nouveau par la même séquence d'étalement et en phase redonne le signal original. Avec cette propriété, un signal codé par une première séquence d'étalement et décodé à l'aide d'une deuxième séquence d'étalement différente tend à vouloir étaler encore le spectre du signal codé. Une telle réalisation présente des problèmes. Un réseau de téléphonie mobile et des téléphones mobiles associés permettent de couvrir un territoire donné. Ce territoire est découpé en zones géographiques élémentaires ou encore cellules. On place, dans chaque cellule, une station de base. Ainsi, tous les téléphones mobiles présents dans une cellule sont reliés radioélectriquement la station de base placée dans cette cellule. Généralement, une communication entre une station de base et un téléphone mobile est réalisée en utilisant un groupe de codes. Ces groupes de codes comportent un code utilisateur et un code de cellule. Le code utilisateur permet de discriminer différents téléphones mobiles au sein d'une même cellule. Le code de cellule permet de discriminer une cellule dans le réseau. Un code utilisateur est utilisé une seule fois dans une même cellule. Cependant, un même code utilisateur peut être utilisé dans deux cellules adjacentes, alors qu'un code de cellule est unique. Plus généralement, un code utilisateur ou un code de cellule est généré de manière itérative. Pour cela, on connaît le document UMTS xx.05 V0.6.0 1999-1 intitulé "UTRA FDD, Spreading and modulation description" de l'ETSI (organisme de normalisation des télécommunications européennes). Le principe général de la génération d'un code utilisateur consiste à utiliser un motif élémentaire parent par exemple d'une longueur de un bit dont une valeur vaut 1. A partir de ce motif élémentaire parent, on construit des motifs enfants. Pour générer un premier motif enfant, on réalise une concaténation entre ce motif parent et une copie de ce motif parent. Pour générer un deuxième motif enfant du motif parent, on réalise une concaténation entre le motif parent et un motif complémentaire du motif parent, c'est-à-dire un motif de signe opposé au motif parent. En conséquence, on crée deux motifs enfants avec un motif parent. On recommence ainsi de suite pour chaque motif enfant ainsi généré, un motif enfant devenant un motif parent par la suite. On produit ainsi une structure arborescente dont la racine correspond au motif élémentaire. En passant d'un motif parent à un motif enfant, on double une période du motif résultant ce qui revient à doubler le facteur d'étalement correspondant. Le facteur d'étalement est égal à la longueur binaire de la séquence d'étalement. Plus le facteur d'étalement est grand et plus la séquence d'étalement correspondante a un comportement proche d'un signal aléatoire. Le caractère aléatoire est vrai en général, mais pas pour les codes utilisateurs qui sont très structurés. En revanche, c'est vrai pour des codes de brassage. Pour sélectionner un code utilisateur, on détermine d'abord le facteur d'étalement à utiliser. On choisit ensuite, parmi tous les motifs de longueur égale au facteur d'étalement, le motif à associer au code utilisateur. Afin d'avoir deux signaux les plus orthogonaux possibles entre eux il existe une restriction quant au choix d'un motif. Ainsi, dans une même cellule on ne peut pas utiliser deux motifs dont l'un est un motif parent de l'autre. Ceci est vérifié seulement à l'intérieur d'une même cellule et n'est plus vérifié entre deux cellules adjacentes. En conséquence, une station de base d'une cellule peut utiliser à un instant un premier code utilisateur et une station de base d'une cellule adjacente peut utiliser dans le même temps un deuxième code utilisateur qui est un parent du premier code utilisateur. En conséquence, un premier signal codé par le premier code utilisateur n'est pas orthogonal vis à vis d'un deuxième signal codé par le deuxième code utilisateur. II en résulte donc des interférences, ce qui aboutit à un rapport signal à bruit plus faible que si cette interférence n'existait pas. Ainsi, le téléphone mobile reçoit un signal complexe comportant un signal utile codé par le premier code utilisateur un signal parasite codé par le deuxième code utilisateur. L'invention a pour objet de remédier à ces problèmes en proposant un procédé permettant de supprimer ces interférences avant de décoder un signal utile. Pour cela, on supprime dans le signal complexe reçu par le téléphone mobile une contribution apportée par le signal parasite. La présente invention a donc pour objet un procédé de réception signal radioélectrique utile de téléphonie mobile émis, à travers un canal de propagation, par une première station de base et à destination d'un premier téléphone mobile, en utilisant une méthode d'accès au canal de type CDMA, le signal radioélectrique étant codé, avant d'être émis, à l'aide d'un premier groupe de codes comportant un premier code utilisateur identifiant le premier téléphone mobile et un premier code de cellule identifiant la première station de base, dans lequel - on reçoit, dans le premier téléphone mobile, un signal radioélectrique complexe, ce signal radioélectrique complexe étant composé du signal radioélectrique utile et d'une superposition de signaux radioélectriques parasites, le signal utile étant le signal à destination du premier téléphone mobile et un signal parasite étant un signal émis par la première station de base et ou par une deuxième station de base associée à un deuxième code de cellule à destination d'un deuxième téléphone mobile, on détecte, dans le signal complexe, le signal utile en realisant une opération de décodage à l'aide du premier groupe de codes, caractérisé en ce que on transmet au premier téléphone mobile une information relative à un deuxième groupe de codes utilisé par la deuxième station de base pour coder un signal à destination du deuxième téléphone mobile, le deuxième groupe de codes comportant un deuxième code utilisateur et le deuxième code de cellule, - on détecte dans le signal radioélectrique complexe le signal parasite à destination du deuxième téléphone mobile, - on supprime, dans le signal radioélectrique complexe, une contribution du signal parasite, à destination du deuxième téléphone mobile, codé par le deuxième code utilisateur et par le deuxième code de cellule. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent Figure 1 : une représentation schématique montrant un exemple de mise en oeuvre du procédé de l'invention ; Figure 2 : une représentation schématique d'une génération d'une structure arborescente de codes. Figure 3 : une représentation, sous forme d'un algorithme, d'un exemple de fonctionnement du procédé de l'invention. La figure 1 montre un premier téléphone 1 mobile relié radioélectriquement à une première station 2 de base. La station 2 est associée avec une zone 3 géographique d'étendue limitée ou encore cellule 3. Un téléphone mobile se trouvant dans la cellule 3 est relié avec la station 2. Ainsi, la station 2 émet un signal 4 radioélectrique de téléphonie mobile ' destination du téléphone 1. Le signal 4 est émis à travers un canal 5 de propagation. Le téléphone 1 comporte, pour recevoir des signaux radioélectriques tels que le signal 4, une antenne 6 reliée à un dispositif 7 d'émission-réception. Le dispositif 7 est contrôlé par un microprocesseur 8 commandé par un programme 9 dans une mémoire de programme 10, le dispositif 7, mémoire 8 la mémoire 10 étant reliés par un bus 11 de données, d'adresses et de commandes. On considère, dans un souci de simplification, que le dispositif 7 permet de réaliser toutes les opérations de traitement de signal nécessaires à l'emission et à la réception d'un signal radioélectrique. Le signal 4, dans l'invention, est émis à travers le canal 5 en utilisant une méthode d'accès à ce canal 5 du type CDMA. Cela signifie que le signal 4 est un signal codé notamment à l'aide d'un premier groupe de codes. Ce premier groupe de codes comporte un premier code utilisateur identifiant le téléphone 1 et un premier code de cellule identifiant la station 2. Le téléphone 1 reçoit, sur son antenne 6, un signal radioélectrique complexe. Ce signal 12 est composé du signal 4 et d'une superposition de signaux radioélectriques parasites. Un signal radioélectrique parasite est un signal émit par la station 2 ou par une deuxième station de base. Cette station 13, couvrant une cellule 14, est associée à un deuxième code de cellule différent du premier code de cellule. Un signal 15 parasite reçu par le téléphone 1 et en provenance de la station 13, est en fait à destination d'un deuxième teléphone 16 mobile placé dans la cellule 14. Le signal 12 comporte donc un signal égal à une superposition entre le signal 4 et le signal 15. L'antenne 6 peut encore recevoir un signal 17 parasite en provenance d'une troisième station 18 de base, couvrant une cellule 19 et à destination d'un troisième téléphone 20 mobile placé dans cette cellule 19. La méthode d'accès CDMA permet de rendre un signal orthogonal vis à vis d'un autre signal pouvant être émit à travers un même canal. Ainsi, deux signaux émis par la même station de base, par exemple la station 2, tels que le signal 4 et un signal 21 sont orthogonaux. Le signal est un signal radioélectrique émis par la station 2 et à destination d'un quatrième téléphone 22 mobile dans la cellule 3. Par contre, cette orthogonalité n'est pas forcément respectée entre deux signaux issus de deux stations de base différentes telle qu'entre le signal 4 et le signal 15. En effet, dans une même cellule une station base ne peut pas utiliser deux fois le même groupe de codes ou deux groupes de codes dont l'un est un parent de l'autre. La figure 2 montre, sous une forme schématique, un exemple de genération de codes utilisables par une station de base. Cet ensemble de codes peut être représenté schématiquement par une structure 23 arborescente composée de branches. Le principe de base de génération de cette structure 23 consiste à produire un nouveau code, associé une branche, partir d'un code déjà produit. Pour cela, on associe un premier code élémentaire à une première branche 24. Cette branche 24 est la racine de la structure 23. Ce premier code est, dans un exemple, de longueur binaire égale un bit. On initialise une valeur de ce code à 1. Pour générer la structure 23, on utilise un principe itératif. Selon ce principe, on utilise un code parent pour produire un code enfant, la longueur du code enfant étant le double de la longueur du code parents. On réalise une première concaténation entre le code parent et une copie du code parent. On réalise une deuxième concaténation entre le code parent et une copie complémentaire du code parent. Ainsi, un code parent permet de générer deux codes enfants. Ainsi, on produit un premier code enfant de valeur 1 1 et un deuxième code enfant de valeur 1 -1. Le premier code enfant et le deuxième code enfant sont associés avec une branche 25 et une branche 26 respectivement. On réitère nouveau ce processus mais en utilisant cette fois-ci le premier code enfant et le deuxième code enfant comme codes parents. En conséquence, le code parent associé à la branche 25 permet de produire deux codes de valeurs 1 1 1 1 et 1 1 -1 -1, ces codes étant associés à une branche 27 et à une branche 28 respectivement. Le code associé à la branche 26 permet de produire deux codes de valeurs 1 -1 1 -1 et 1 -1 -1 1, ces codes étant associés à une branche 29 ou à une branche 30 respectivement. Ainsi, à chaque génération d'un code enfant on double la longueur en bits du code et donc on double le facteur d'étalement associé à ce code enfant. En conséquence, plus une branche est éloignée de la branche 24 et plus un code associé possédera un facteur d'étalement élevé. Un choix d'une branche, et donc d'un code, à utiliser pour coder un signal dépend d'un débit associé à ce signal et éventuellement d'autres paramètres gérés notamment par le programme 9 (figure 1). Par contre, afin de respecter la condition d'orthogonalité entre un premier code et un deuxième code, le deuxième code ne doit pas être un code parent du premier code. Cette condition est respectée pour tous les codes émis par une même station de base. En conséquence, le signal 4 (figure 1) est orthogonal ou quasi orthogonal vis à vis du signal 21. Cependant, le signal 15 et le signal 17 sont produits par la station 13 et la station 18 respectivement et ont donc de fortes chances de ne pas respecter cette condition. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, on transmet au téléphone 1 une information relative à un deuxième groupe de codes utilisés par la station 13 pour coder le signal 15. Ce deuxième groupe de codes comporte un deuxième code utilisateur et un deuxième code de cellule. En outre, le téléphone 1 comporte une mémoire 31 de sauvegarde de données dans laquelle on mémorise le deuxième groupe de codes à un emplacement mémoire 32. On mémorise aussi dans la mémoire 31, à un emplacement mémoire 33, le premier groupe de codes associés au signal 4. Le microprocesseur 8 utilise le deuxième groupe de codes, mémorisés à l'emplacement 32, pour détecter, dans le signal 12, le signal 15. Une fois le signal 15 détecté, on supprime, dans le signal 12, une contribution du signal 15 codé par le deuxième code utilisateur et par le deuxième code de cellule. Pour cela, on connaît notamment le document D1 intitulé "Multi-user Détection For DS-CDMA Communications" de Shimon Moshavi, Bellcore paru dans le journal IEEE Communications Magazine, October 1996. Dans ce document D1, on décrit des méthodes d'élimination des signaux parasites afin de récupérer un signal utile avec un rapport signal à bruit plus élevé. Les méthodes proposées dans ce document n'est pas la seule, d'autres méthodes ont été proposées. Cependant, un point commun à toutes ces méthodes est qu'elle nécessite de pouvoir déterminer le signal 15 et donc pour cela de connaître les groupes codes associés. Plus généralement, on mémorise dans la mémoire 31 tous les groupes de codes associés à un signal parasite pouvant être présents dans le signal 12. Cela signifie que l'on mémorise dans la mémoire 31 les groupes de codes produits par les stations 13, 18 et plus généralement stations de base couvrant cellule adjacente à la cellule 3. Dans un exemple préféré, on transmet le deuxième groupe de codes au téléphone lors d'une communication entre le téléphone la station 2 ou lors de l'établissement de cette communication. Ainsi, le téléphone 1 ne reçoit que des groupes de codes susceptibles de venir interférer avec le signal 4. Cependant, on pourrait envisager de transmettre des groupes de codes, régulièrement mis à jour, lorsque le téléphone 1 est dans un état de veille. Dans une première variante, on transmet au téléphone 1 une liste de groupes codes, chaque groupe de codes étant mémorise à emplacement mémoire de la mémoire 31. Un groupe de codes est associé à un signal parasite tel que le signal 15 ou le signal 17. Dans exemple préféré de cette première variante, on limite un nombre de groupes de codes mémorisés dans la mémoire 31. Pour cela on règle un nombre de groupes de codes en fonction d'un critère. On règle le critère en fonction d'un taux d'erreur maximum à respecter et/ou selon une utilisation du téléphone 1. Un taux d'erreur maximum dépend d'un type de communication, une communication étant dédiée à de la voix ou à des donnees. Le taux d'erreur doit etre plus faible pour les données que pour la voix. utilisation du téléphone 1 renseigne sur une importance d'un nombre d'utilisateurs situés dans des cellules adjacentes à la cellule 3. Ce renseignement peut être fourni par la station En effet, les stations 2, 13 et 18 sont reliées à un meure réseau 34 de téléphonie mobile. Ainsi, la station 2 reçoit des informations concernant le trafic dans la cellule 14 et dans la cellule 19. La station 2 peut alors renseigner le téléphone sur le trafic. Ainsi, plus il y a d'utilisateurs en communication lorsque le téléphone 1 est en communication et plus il faut de groupes de codes à mémoriser dans la mémoire 31. En outre, dans cette première variante ou selon une deuxième variante, on supprime, de manière itérative, dans le signal 12, une contribution d'un signal parasite en allant du signal parasite le plus puissant au signal parasite le moins puissant. De cette manière, on supprime le signal parasite qui produit probablement le plus de bruit dans le signal 12. En conséquence, en supprimant la contribution de ce signal parasite le plus puissant on améliore nettement un rapport signal à bruit. On règle le critère avec une valeur de seuil d'un rapport signal à bruit. On mesure alors un rapport signal à bruit ou un taux d'erreur, ce qui conduit au même résultat, et si on est inférieur à seuil, alors on considère qu'il est inutile de supprimer la contribution des autres signaux parasites présents dans le signal 12. Dans un exemple préféré, on transmet un groupe de codes en utilisant la station 2 avec laquelle le téléphone 1 est relié. En effet les stations 2, 13 et 18 sont reliées au même réseau 34. La station 2 est renseignée le réseau 34 des groupes de codes utilisés par les stations 13 et 18. Le réseau 34 est lui- même renseigné par les stations 13 et 18. Ainsi, il est aisé de récupérer les groupes de codes utilisés par les stations 13 et 18 puis de les acheminer jusqu'à la station 2. La station 2 transmet alors ces groupes de code de préférence par diffusion dans la cellule 3 ou éventuellement à l'attention de chaque téléphone mobile en communication. Pour transmettre une information relative au deuxième groupe de codes, on préférera utiliser des messages courts de type SMS (Short Message Service en anglais pour Service Message Court en français). Pour transmettre de tels messages SMS, station de base utilise généralement un canal spécialisé dit canal de diffusion ou encore canal BCCH (Broadcast Control Channel en anglais pour Canal Contrôle de Diffusion en français). Ce canal BCCH permet à une station de base d'émettre des informations de maintenance à destination d'un ou plusieurs téléphones mobiles. En conséquence, la station 2 peut émettre régulièrement une liste de groupes de codes à destination du téléphone 1 et du téléphone 22. Afin d'assurer une sécurisation de la transmission d'un groupe de codes, on chiffre l'information relative au deuxième groupe de codes et on obtient donc une information chiffrée que l'on transmet au téléphone 1. On mémorise, dans un exemple préféré, une clé de déchiffrage de l'information chiffrée dans une carte 35 à puce, cette carte 35 pouvant être notamment une carte du type carte SIM du téléphone 1. La figure 3 montre, sous forme d'un algorithme, les principales étapes de fonctionnement du procédé de l'invention. Ainsi, lors d'une étape 36, le téléphone 1 reçoit le signal 12 complexe. Ce signal 12 comporte le signal 4 utile et une superposition de signaux 15 et 7 parasites en provenance de stations 13 et 18 de base voisines respectivement. Le téléphone 1 reçoit ou a reçu une liste de groupes de codes correspondant aux groupes de codes utilisés pour produire les signaux parasites reçus. Des lors, dans une étape 37, on détecte chaque signal parasite en utilisant les groupes de codes ainsi transmis. On supprime ensuite chaque signal parasite ainsi détecté. Cela a pour conséquence d'améliorer un rapport signal à bruit du signal 4. On peut utiliser alors un procédé de détection permettant de détecter un signal dans un environnement multi-utilisateurs. On peut utiliser lors de cette étape 38 l'algorithme, correspondant au procédé de détection, décrit dans le document D1 précédemment cité. Puis dans une étape 39, il ne reste plus que le signal 4, ou plutôt le signal 12 mais avec un rapport signal à bruit nettement amélioré par rapport au signal 12 reçu sur l'antenne 6 du téléphone 1. On peut donc procéder à une opération de décodage de ce signal 4 en limitant ainsi un taux d'erreur associé. REVENDICATIONS 1 - Procédé de réception d'un signal (4) radioélectrique utile de téléphonie mobile émis, à travers un canal (5) de propagation, par une premiere station (3) de base et à destination d'un premier téléphone (1) mobile, en utilisant une méthode d'accès au canal de type CDMA, le signal radioélectrique étant codé, avant d'être émis, à l'aide d'un premier groupe de codes comportant un premier code utilisateur identifiant le premier téléphone mobile et un premier code de cellule identifiant la première station de base, dans lequel - on reçoit, dans le premier téléphone mobile, un signal 2) radioélectrique complexe, ce signal radioélectrique complexe étant composé du signal radioélectrique utile et d'une superposition de signaux (15, 17, 21) radioelectriques parasites, le signal utile étant le signal à destination du premier téléphone mobile et un signal parasite étant un signal émis par la premiere station de base et ou par une deuxième station (13, 18) de base associée à un deuxieme code de cellule et à destination d'un deuxième téléphone (16, 20, mobile, - on détecte, dans le signal complexe, le signal utile en réalisant une opération de décodage à l'aide du premier groupe de codes, caractérisé en ce que - on transmet au premier téléphone mobile une information relative à un deuxieme groupe de codes utilisé par la deuxième station de base pour coder un signal à destination du deuxième téléphone mobile, le deuxième groupe de codes comportant un deuxième code utilisateur et le deuxième code de cellule, - on détecte dans le signal radioélectrique complexe le signal parasite à destination du deuxième téléphone mobile, - on supprime, dans le signal radioélectrique complexe, une contribution du signal parasite, à destination du deuxième téléphone mobile, codé par le deuxieme code utilisateur et par le deuxième code de cellule. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que - on transmet le deuxième groupe de codes lors d'une communication ou établissement d'une communication entre le premier téléphone mobile et la première station de base. - Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce on mémorise le deuxième groupe de code à un emplacement mémoire (32) d'une mémoire (31) de sauvegarde du premier téléphone. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérise en ce que - on transmet au premier téléphone une liste de groupes codes, un groupe de codes étant associé à un signal parasite. - Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que on règle un nombre de groupes de codes en fonction critère, le critère étant réglé en fonction d'un taux d'erreur maximum et ou en fonction d'une utilisation du premier téléphone mobile. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que on supprime, de manière itérative, dans le signal radioélectrique, une contribution d'un signal parasite, en allant du signal parasite le plus puissant au signal parasite le moins puissant. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérise ce que on transmet un groupe de code au premier téléphone mobile en utilisant la première station de base. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 caractérise ce que on transmet l'information relative au deuxième groupe de codes en utilisant à l'aide de messages courts de type SMS. 9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que on chiffre l'information relative au deuxième code et on obtient une information chiffrée. - Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que - on mémorise une clé de déchiffrage de l'information chiffrée dans une carte à puce (35).