Brevet FR2797122A1 — publié le 20010202

PROCEDE DE TRANSMISSION DE DONNEES UTILISANT DES JEUX REPETITIFS DE SÉQUENCES D'ÉTALEMENT, ÉMETTEUR ET RECEPTEUR CORRESPONDANTS DESCRIPTION Domaine technique La présente invention a pour objet un procédé de transmission de données utilisant des jeux répétitifs de séquences d'étalement, ainsi qu'un émetteur et un récepteur correspondants. L'invention trouve une application générale dans les communications numériques et plus particulièrement dans les réseaux locaux sans fil (WLAN), dans les boucles locales d'abonnés sans fil (WLL), en téléphonie mobile, en domotique et télécollecte, en communication dans les transports, en télévision câblée, en service multimédia sur les réseaux câblés, etc... État de la technique antérieure L'invention relève de la technique d'étalement de spectre. On sait que cette technique consiste en la modulation d'un symbole numérique à transmettre par une séquence pseudo-aléatoire connue de l'utilisateur. Chaque séquence est composée de N éléments appelés "chips", dont la durée est le Nlé" de la durée d'un symbole. I1 en résulte un signal dont le spectre s'étale sur une plage N fois plus large que celle du signal original. A la réception, la démodulation consiste à corréler le signal reçu avec la séquence utilisée à l'émission pour retrouver le symbole de départ. Cette technique offre de nombreux avantages mais elle ne permet pas de pallier un inconvénient lié à un effet dit d'interférence entre symboles dont l'origine est la suivante. Dans un canal radioélectrique, l'onde qui se propage de l'émetteur au récepteur peut emprunter divers trajets, de sorte que, pour un même signal émis, plusieurs signaux décalés dans le temps parviennent au récepteur, avec des amplitudes et des phases différentes. La réponse du canal au signal émis est donc étalée. Le signal émis étant généralement bref, il peut être assimilé à une impulsion, et l'on parle alors de réponse impulsionnelle. Dans les systèmes à haut débit ces différentes répliques d'un même signal peuvent interférer avec les autres signaux. La figure 1 illustre ce phénomène. Elles représentent la réponse impulsionnelle h(t) d'un canal en fonction du temps. Sur la partie A, on suppose qu'une impulsion a été émise à un certain temps et qu'un premier signal al a été reçu avec un certain retard #1, suivi d'une réplique a2 à l'instant #1+Tm, où Tm représente le retard du second trajet par rapport au premier. Sur la partie B, on suppose qu'un second signal a été émis après un intervalle Ts égal à la durée d'un symbole et l'on a supposé en outre que cet intervalle était égal au retard Tm. On suppose en outre que les propriétés du canal ne se sont pas modifiées dans l'intervalle Ts, c'est-à-dire que le retard T2 est égal à T1 et Tm est resté constant. On reçoit alors un signal b1 à l'instant #2 suivi d'une réplique b2 à l'instant #2+Tm. Comme Ts=Tm par hypothèse, il est clair que les signaux a2 et b1 vont interférer et dégrader la réception. Pour éviter cette source de dégradation, il faut faire en sorte que b1 apparaisse au-delà de a2, c'est-à-dire que la durée Ts des symboles soit supérieure à l'étalement Tm de la réponse impulsionnelle. En d'autres termes, il faut que le débit en symboles soit inférieur à 1/Tm. Plus la réponse impulsionnelle est étalée, plus la contrainte sur le débit est grande. Le but de l'invention est justement de remédier à cet inconvénient. En réduisant le phénomène d'interférences entre symboles, l'invention autorise des débits plus importants dans des environnements où l'étalement de la réponse impulsionnelle du canal est bien plus grande que la durée du symbole (jusqu'à 16 fois dans un exemple décrit plus loin). Exposé de l'invention Pour réduire les risques d'interférences entre symboles, l'invention préconise de traiter les symboles successifs avec des séquences pseudo-aléatoires différentes ce qui permet, à la réception, de mieux discriminer les signaux reçus. Selon l'invention, le nombre de séquences successives différentes est limité à un nombre S fixé. Au-delà de S séquences, on réutilise les séquences déjà utilisées. Autrement dit, on traite des paquets de S symboles par des jeux répétitifs de S séquences. Il en résulte que l'intervalle de temps au bout duquel on retrouve la même séquence pseudo-aléatoire n'est plus Ts mais S fois Ts. La contrainte sur la durée du symbole n'est donc plus Ts>Tm mais STs>Tm. En terme de débit cela signifie qu'à étalement donné le débit autorisé est S fois plus élevé que dans l'art antérieur. Il se trouve limité supérieurement non plus par 1/Tm mais par S/Tm. Ce procédé, qui consiste à traiter des paquets de S symboles par des jeux répétitifs de S séquences pseudo-aléatoires peut encore être perfectionné en traitant en parallèle plusieurs paquets de S symboles, avec autant de jeux de séquences différentes. De façon précise, l'invention a donc pour objet un procédé de transmission de données par étalement de spectre dans lequel - à l'émission : à partir de données à transmettre on constitue des symboles, on module ces symboles par étalement de spectre à l'aide de séquences pseudo-aléatoires, - à la réception : on corrèle le signal reçu avec les séquences pseudo-aléatoires utilisées à l'émission, on retrouve les symboles émis et on restitue les données, ce procédé étant caractérisé en ce que a) l'émission i) on constitue un ensemble de M séquences pseudo-aléatoires distinctes Cij, cet ensemble étant organisé en L jeux de S séquences chacun (M=LS), où L est au moins égal à 1 et S au moins égal à 2, l'indice i allant de 1 à L inclus et l'indice j allant de 1 à S inclus, ii) on groupe les symboles à transmettre en ensembles successifs de M symboles Sij, ces ensembles étant organisés en L paquets en parallèle de S symboles chacun, l'indice i allant de 1 à L inclus, et l'indice j allant de 1 à S inclus, iii) on module chaque symbole Sij d'un ensemble par la séquence pseudo-aléatoire Cij correspondante, iv) on réitère l'opération iii) pour les ensembles successifs de symboles, les jeux de séquences pseudo-aléatoires Cij étant ainsi réutilisés de manière répétitive, v) on convertit les signaux ainsi formés et on effectue l'émission, b) à la réception on corrèle le signal reçu avec chacune des M séquences pseudo-aléatoires Cij utilisées à l'émission, on restitue L paquets de S symboles chacun, on convertit ces LS symboles en LS symboles en série et on restitue les données correspondantes. La conversion effectuée à l'émission peut être une sommation. L'invention a également pour objet un émetteur et un récepteur pour la mise en oeuvre de ce procédé. Brève description des dessins - la figure 1, déjà décrite, illustre le phénomène d'interférence entre symboles ; - la figure 2 montre un mode de réalisation d'un émetteur conforme à l'invention ; - la figure 3 montre un mode de réalisation d'un récepteur conforme à l'invention. Description de modes particuliers de mise en oeuvre Les données à transmettre sont d'abord organisées en symboles selon des techniques usuelles. Chaque symbole peut comprendre un ou plusieurs bits. Les symboles sont ensuite organisés par paquets de S. Pour un traitement en parallèle, on dispose L paquets de S symboles en parallèle, soit au total un ensemble de M=LS symboles. Les symboles suivants sont organisés de la même manière pour constituer un nouvel ensemble de M symboles et ainsi de suite. Le tableau I illustre cette organisation série- parallèle. Chaque case représente un symbole. Le premier ensemble de symboles est noté où i désigne la ligne du tableau, c'est-à-dire le rang du paquet (i allant de 1 à L) et j la colonne, c'est-à-dire le rang dans le paquet (j allant de 1 à S). Dans le deuxième ensemble, les LS symboles sont notés et ainsi de suite. Tous ces symboles sont traités par étalement de spectre à l'aide de LS séquences pseudo-aléatoires différentes, de préférence orthogonales. Ces séquences sont organisées comme représenté dans le tableau II. Elles sont notées Cij, i allant de 1 à L et j allant de 1 à S. Un symbole Sij du tableau I est traité par la séquence pseudo-aléatoire correspondante Cij du tableau II. Lorsque les M séquences ont été utilisées pour un ensemble de M symboles, les mêmes séquences sont réutilisées pour l'ensemble suivant de M symboles et ainsi de suite. La périodicité de réutilisation des séquences est donc ST,. Quelques exemples numériques, donnés à titre explicatif et nullement limitatif, illustreront les avantages que procurent l'invention. On suppose que l'on travaille avec un débit binaire de 2 Mbits/s en modulation QPSK ("Quaternary Phase Shift Keying"). Le nombre de bits par symbole est donc de 2. La durée Ts d'un symbole est de 1 us. Avec un procédé selon l'état de la technique antérieure, cela signifierait que l'étalement du canal Tm devrait être limité à 1 us. Avec l'invention, on travaille avec L voies en parallèle (avec L=M/S). Le nombre de bits transmis dans une période symbole Ts est alors m=2L. Le tableau III donne quelques exemples de l'étalement maximum Tmmax que l'on peut admettre, pour deux valeurs de M (8 et 16) et, pour chacune, 3 valeurs de S (respectivement 4, 8 et 16). M=8 M=16 S=4 m=4 bits/symb m=8 bits/symb Tmmax=8 s Tmmax=16 s S=8 m=2 bits/symb m=4 bits/symb Tmmax=8 us Tmmax=16 s S=16 m=2 bits/symb Tmmax=16 p.s Tableau III Les figures 2 et 3 illustrent des exemples de réalisation d'un émetteur et d'un récepteur conformes à l'invention. Sur la figure 2, l'émetteur comprend une entrée générale 10 recevant les données à transmettre d, un circuit 20 transformant ces données en symboles (il peut s'agir d'un modulateur à décalage de phase PSK), un moyen 30 apte à former des paquets de S symboles chacun, soit Pi (i allant de 1 à L), un convertisseur série-parallèle 40 à L sorties 401, 402, ..., 40i, ..., 40L délivrant les L paquets Pi, une table 50 de séquences pseudo-aléatoires Cij, avec L sorties 501, 502, . . . , 50j, . . . , 50L délivrant L jeux de séquences, un circuit 60 d'étalement des symboles Sij par les séquences Cij, ce circuit possédant L sorties 601, 602, ..., 60i, ..., 60L délivrant les symboles à spectre étalé, un sommateur 70 et enfin des moyens d'émission symbolisés par une antenne 80. Le récepteur représenté sur la figure 3 comprend des moyens de réception symbolisés par l'antenne 100, une batterie de M filtres adaptés 1101, ..., 110m, chacun de ces filtres étant adapté à l'une des séquences pseudo-aléatoires Cij utilisées à l'émission, une batterie de M circuits 1201, ..., 120m d'estimation de l'énergie (ou de l'amplitude) des signaux délivrés par les filtres adaptés qui précèdent, un circuit 130 à M entrées 1321, ..., 132m et à L sorties 1341, ..., 134L, déterminant lesquelles des M voies d'entrée contiennent un maximum d'énergie et délivrant sur une ou plusieurs des L sorties un signal de sélection, L circuits 1401, ..., 140L à M entrées reliées aux sorties des M filtres adaptés et sélectionnant une entrée parmi M en fonction du signal de sélection reçu, L démodulateurs 1501, ..., 150L, par exemple de type PSK, un circuit 160 de mise en série des L paquets de symboles délivrés par les démodulateurs, un circuit 170 restituant les données d sur une sortie générale 180. REVENDICATIONS 1. Procédé de transmission de données par étalement de spectre dans lequel - à l'émission : à partir de données à transmettre on constitue des symboles, on module ces symboles par étalement de spectre à l'aide de séquences pseudo-aléatoires, - à la réception : on corrèle le signal reçu avec les séquences pseudo-aléatoires utilisées à l'émission, on retrouve les symboles émis et on restitue les données, ce procédé étant caractérisé en ce que a) l'émission i) on constitue un ensemble de M séquences pseudo-aléatoires distinctes Cij, cet ensemble étant organisé en L jeux de S séquences chacun (M=LS), où L est au moins égal à 1 et S au moins égal à 2, l'indice i allant de 1 à L inclus et l'indice j allant de 1 à S inclus, ii) on groupe les symboles à transmettre en ensembles successifs de M symboles Sij, ces ensembles étant organisés en L paquets en parallèle de S symboles chacun, l'indice i allant de 1 à L inclus, l'indice j allant de 1 à S inclus, iii) on module chaque symbole Sij d'un ensemble par la séquence pseudo-aléatoire cii correspondante, iv) on réitère l'opération iii) pour les ensembles successifs de symboles, les jeux de séquences pseudo-aléatoires Cij étant ainsi réutilisés de manière répétitive, v) on convertit les signaux ainsi formés et on effectue l'émission, b) à la réception on corrèle le signal reçu avec chacune des M séquences pseudo-aléatoires Cij utilisées à l'émission, on restitue L paquets de S symboles chacun, on convertit ces LS symboles en LS symboles en série et on restitue les données correspondantes. 2. Emetteur pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant une entrée générale (10), des moyens (20) pour recevoir des données à transmettre et pour constituer des symboles, et des moyens (60) pour moduler ces symboles par étalement de spectre à l'aide de séquences pseudo- aléatoires, caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens (50) pour constituer un ensemble de M séquences pseudo-aléatoires distinctes Cij, cet ensemble étant organisé en L jeux de S séquences chacun (M=LS), où L est au moins égal à 1 et S au moins égal à 2, l'indice i allant de 1 à L inclus et l'indice j allant de 1 à S inclus, - des moyens (30, 40) pour grouper les symboles à transmettre en ensembles successifs de M symboles Sij, ces ensembles étant organisés en L paquets en parallèle de S symboles chacun, - des moyens (60) pour moduler chaque symbole Sij d'un ensemble par la séquence pseudo-aléatoire Cij correspondante, et pour réitérer cette opération pour les ensembles successifs de symboles, les jeux de séquences pseudo- aléatoires Cij étant ainsi utilisés de manière répétitive. 3. Récepteur pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant des moyens pour corréler un signal de réception avec des séquences pseudo-aléatoires et pour délivrer des symboles, des moyens pour restituer les données à partir de ces symboles, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens (1101, ..., 110m) pour corréler le signal reçu avec M séquences pseudo-aléatoires Cij. - des moyens (1201, ..., 120m) (130) (1401, ..., 140L) (1501, ..., 150L,) pour restituer L paquets en parallèle de S symboles, - des moyens (160) pour convertir ces LS symboles en LS symboles en série, et - des moyens (170) pour restituer les données correspondantes sur une sortie générale (180).