Brevet FR2812127A1 — publié le 20020125

PROCEDE DE FORMATION DE ZEROS PAR UN RESEAU D'ANTENNES Domaine technique et art antérieur L'invention concerne un procédé de formation de zéros par un réseau d'antennes. L'invention s'applique, par exemple, dans des domaines tels que les télécommunications par satellite, la téléphonie cellulaire ou encore les réseaux locaux sans fil. Un réseau d'antennes est généralement conçu pour recevoir des signaux en provenance d'une ou de plusieurs zones de couverture spécifiées. Un procédé de formation de zéros permet de modifier la loi de réception du réseau d'antennes en phase et/ou en amplitude afin de placer des zéros de réception pour les signaux situés en dehors de la ou des zones de couverture utiles. Plusieurs procédés sont connus de l'homme de l'art pour la formation de zéros. Le document "Phase-only Adaptive Nulling with a Genetic Algorithm", Randy L. Haupt, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol.45, N 6, Juin 1997 divulgue un procédé pour ajuster les phases des signaux reçus de manière à placer plusieurs zéros profonds dans la direction des interférences et à minimiser les perturbations sur la partie utile du diagramme de rayonnement du réseau. Le document "Experimental Adaptive Nulling with a Genetic Algorithm", Randy L. Haupt, H. Southall, Microwave Journal, janvier 1999, divulgue un dispositif pour la formation de zéros par ajustement des phases et des gains des antennes. Ces deux documents concernent un procédé de formation de zéros consistant à ajuster les phases des signaux et/ou les gains des antennes, préalablement quantifiés et codés sur un certain nombre de bits, de manière à minimiser la puissance totale en sortie du réseau. En l'absence de perturbations, une telle approche conduit à minimiser le signal utile. Afin d'éviter cette minimisation, le procédé n'est mis en oeuvre que lorsque le rapport du signal utile sur le signal constitué des perturbations et du bruit est faible. Seuls les bits de poids faible des phases et des amplitudes sont modifiés. Pour déterminer les bits de poids faible qui minimisent la puissance de sortie, les procédés utilisent un algorithme génétique, à savoir un algorithme qui simule les lois de la génétique. Les méthodes génétiques présentent de nombreux inconvénients. Elles constituent une approche empirique qui ne permet pas d'assurer, avec une vitesse bornée, la convergence asymptotique vers des solutions optimales. Des valeurs doivent être données à des paramètres tels que la taille de la population concernée, le nombre de générations, le taux de croisement, le taux de mutation, le nombre d'exécutions nécessaires à l'obtention de bonnes solutions, etc.. Un grand nombre de solutions potentielles, appelées individus, doivent être gardées en mémoire. La taille mémoire occupée par ces solutions peut alors devenir importante, ce qui est à éviter pour les réseaux d'antennes embarqués tels que les réseaux utilisées dans les communications par satellite. De plus, afin de trier les différentes solutions potentielles gardées en mémoire, un grand nombre de mesures de puissance s'avère nécessaire. L'invention ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Exposé de l'invention En effet, l'invention concerne un procédé de formation d'au moins un zéro par un réseau d'antennes, chaque antenne étant associée à une information de phase et une information de gain, le procédé comprenant, pour chaque antenne, une étape de quantification de la phase et/ou une étape de quantification du gain permettant de définir des bits de poids faible de phase et des bits de poids faible de gain, et une étape de minimisation de la puissance totale reçue par le réseau d'antennes par modification d'au moins un bit de poids faible de gain et/ou de phase, l'étape de minimisation de la puissance totale reçue mettant en oeuvre un procédé d'optimisation combinatoire. Le procédé d'optimisation combinatoire comprend une étape de recuit microcanonique. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, l'étape de recuit microcanonique comprend une procédure itérative de Creutz qui comprend la sélection aléatoire d'une antenne du réseau, la sélection aléatoire d'au moins un bit parmi les bits de poids faible de phase et/ou de gain associés à l'antenne sélectionnée, l'inversion du bit de poids faible sélectionné et la mesure de la puissance totale reçue par le réseau d'antennes dans la configuration ainsi sélectionnée. Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, l'étape de, mise en oeuvre de la procédure de Creutz comprend N sélections aléatoires successives d'un "démon" parmi D "démons" mémorisés, chaque "démon" mémorisé étant associé à une valeur d'énergie, et une valeur d'une variable de test qui compte le nombre N de sélections aléatoires effectuées est augmentée d'une unité, à chaque sélection. Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, la valeur d'énergie associée à un démon est comparée à la variation de la puissance induite par l'inversion du bit de poids faible de sorte que, si ladite variation est inférieure à l'énergie associée au démon, l'énergie associée au démon est corrigée et la valeur du bit de poids faible confirmée et, sinon, un nouveau démon est sélectionné. Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, les informations de phase et de gain de chaque antenne sont mémorisées si la puissance totale mesurée a pour valeur une valeur qui est la plus petite valeur mesurée depuis le début du procédé. Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, lorsque le nombre de sélections atteint la valeur N, la valeur d'énergie associée à chacun des démons est diminuée, la valeur de la variable test est remise à zéro et une nouvelle séquence de sélections aléatoires successives d'un démon est effectuée. Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, les valeurs d'énergie associées aux différents "démons sont choisies identiques. Le procédé de l'invention modifie les phases et/ou les gains quantifiés sur la base des mesures de la puissance totale reçue par le réseau d'antennes et utilise avantageusement un nombre limité de bits de phase et de gain de chaque antenne. Brève description des fiqures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention décrit à l'aide des figures jointes parmi lesquelles: - la figure 1 représente le procédé de formation de zéro selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, - la figure 2 représente un schéma de principe de dispositif pour mettre en oeuvre le procédé de formation de zéro selon l'invention. Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l'invention La figure 1 représente le procédé de formation de zéros selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention. Le procédé comprend 3 étapes principales: - une étape d'initialisation; - une étape de mise en oeuvre de la procédure de Creutz; - une étape de recuit. L'étape d'initialisation (étape 1) comprend 3 étapes élémentaires principales. Comme cela a été mentionné précédemment, le gain et le déphasage associés à chaque antenne sont quantifiés. Ainsi, un déphasage est-il codé par un mot de P bits et un gain par un mot de G bits. Une première étape élémentaire de l'étape d'initialisation consiste à définir un nombre de bits de poids faible de gain et/ou de phase que le procédé va pouvoir modifier. Un nombre Np de bits de poids faible du mot de P bits est ainsi choisi, de même qu'un nombre NG de bits de poids faible du mot de G bits. A titre d'exemple non limitatif, Np et NG peuvent respectivement être égaux à 3 et 2 pour P et G égaux à 8. On note Cod le mot de codage associé aux bits modifiables. Cod est ainsi, par exemple, un vecteur constitué de la succession des valeurs des Np bits de phase et des NG bits de gain. Une deuxième étape élémentaire consiste à définir des valeurs initiales de paramètres qui vont être utilisés lors du procédé selon l'invention. Ainsi, D nombres réels, communément appelés "démons", associés à des énergies respectives Ecl, Ec2,..., ECD sont mémorisés, un nombre entier N, par exemple N = 100xNpxNG, est défini et mémorisé, un nombre réel a appartenant à l'intervalle [0, 1[ et proche de 1, par exemple a = 0,96, est défini et mémorisé, un nombre entier mem de valeur initiale 0 est défini est mémorisé, un nombre entier memopt proche de 0, par exemple memopt = N/1000, est défini et mémorisé, et un nombre entier test initialement à 0 est défini et mémorisé. Comme cela apparaîtra ci-dessous, ces différents paramètres représentent des grandeurs nécessaires pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Une troisième étape élémentaire consiste à initialiser une mesure de la puissance totale Pout reçue par le réseau d'antennes. Le mot de codage Cod correspondant est constitué et mémorisé. Un paramètre Popt est défini comme la puissance minimale de sortie mesurée. Le codage Codopt correspondant au paramètre Popt est également défini et mémorisé. L'étape de mise en oeuvre de la procédure de Creutz comprend une étape de déplacement (étape 2) laquelle comprend les étapes suivantes: - incrément du paramètre test d'une unité (test = test + 1) - sélection aléatoire d'une antenne du réseau et d'au moins un bit de poids faible de phase et/ou au moins un bit de poids faible de gain à modifier, - inversion du ou des bit(s) de poids faible sélectionné(s) (bit = 1 - bit), - mesure de la puissance totale Pn du réseau d'antennes avec le réglage ainsi obtenu, - calcul de la variation de puissance AP = Pn - Pout. - choix aléatoire d'un " démon >> d sélectionné parmi les D mémorisés. Si l'inversion du ou des bit(s) mentionnée ci- dessus conduit à une variation de puissance inférieure à ECd (étape 3, AP d est corrigée de la valeur AP (Ecd = Ecd AP), - le paramètre mem est incrémenté d'une unité (mem = mem + 1). Si Pn mémorise (étape 5). Il vient Codopt = Cod et Popt = Pn. Les étapes 8 et 5 sont facultatives. Si l'inversion du bit ne conduit pas à une variation de puissance négative, le réglage des bits de poids faible est mémorisé dans le paramètre Cod, à la condition que Pn soit inférieur à Ecd, et les opérations suivantes sont mises en oeuvre: - le paramètre mem est incrémenté d'une unité (mem = mem + 1), - la valeur d'énergie Ecd du "démon" d est corrigée de la valeur AP (Ecd: = Ecd - AP). Tant que le nombre de réglages testés dans la deuxième étape (procédure de Creutz) est inférieur à la valeur N (étape 6), le procédé retourne au début de la procédure de Creutz. Quand le nombre N est atteint, le procédé passe à l'étape de recuit (étape 7). La variable test est alors réinitialisée (test = 0). Si le nombre de réglages mémorisés (paramètre mem) lors de la procédure de Creutz est supérieur à la valeur limite memopt, alors les opérations suivantes sont mises en oeuvre (étape 7): - le paramètre mem est réinitialisé, - les valeurs des énergies des "démons" sont diminuées, par exemple en multipliant chacune d'elles par la valeur a, - le procédé retourne au début de la procédure de Creutz. Si le nombre de réglages mémorisés (paramètre mem) lors de la procédure de Creutz est inférieur ou égal à la valeur limite memopt (étape 9), le processus retourne au début de la procédure de Creutz. Selon une variante de l'invention, les valeurs initiales des énergies Ecl, Ec2,..., EcD sont choisies identiques et suffisamment élevées. Il est alors possible que la plupart des codages testés lors de la mise de oeuvre de la procédure de Creutz soient mémorisés. L'étape de recuit microcanonique présente de nombreux avantages. Le paramétrage du procédé est simple et robuste. Il s'ensuit que les performances obtenues sont peu sensibles à de faibles variations des paramètres. Par ailleurs, il est possible de limiter dans le temps le processus d'optimisation. Ainsi, la durée du processus de convergence peut-elle être réduite en diminuant N ou a. La figure 2 représente un schéma de principe de dispositif pour mettre en oeuvre le procédé de formation de zéro selon l'invention. Le dispositif comprend un bloc d'antennes B, un récepteur R, un circuit de mesure de puissance MP et un module de test et d'optimisation T. Le bloc d'antenne B comprend un réseau de M antennes élémentaires A1, A2,..., AM. Le signal issu de chaque antenne élémentaire Aj (j=l, 2,..., M) est corrigé: il est déphasé et amplifié. Ainsi, une information codée par un mot de P bits représente-t- elle le déphasage de l'antenne et une information codée par un mot de G bits représente-t-elle le gain de l'antenne. Le mot de P bits et le mot de G bits sont respectivement transmis à un circuit de correction de phase PHj et à un circuit de correction de gain AGj. Le circuit de correction de phase PHj et le circuit de correction de gain AGj reçoivent, par ailleurs, le mot de codage Cod issu du module de test et d'optimisation T. Le code corrigé issu du circuit de correction de phase PHj est constitué d'un mot de P bits dont les Np bits de poids faible ont pour valeurs les valeurs des Np bits du mot Cod. De même, le code corrigé issu du circuit de correction de gain AGj est constitué d'un mot de G bits dont les NG bits de poids faible ont pour valeurs les valeurs des NG bits du mot Cod. Le code de phase corrigé issu du circuit PHj et le code de gain corrigé issu du circuit AGj sont transmis à un circuit MDj de reconstitution de signal d'antenne. L'ensemble des signaux reconstitués issus des différents dispositifs MDj (j=l, 2,..., M) sont sommés dans un sommateur E. Le signal issu du sommateur 1 est transmis à un récepteur R. Un circuit de mesure de puissance MP reçoit un signal issu du récepteur R afin de mesurer la puissance du signal issu du sommateur E. L'information de puissance mesurée issue du circuit MP est fournie au module de test et d'optimisation T. Le module de test et d'optimisation T comprend les différents éléments permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention pour la détermination du mot Cod à appliquer au réseau d'antennes. Il s'ensuit que le module de test et d'optimisation T comprend des circuits mémoire et une unité de calcul pour mettre en oeuvre la procédure de Creutz et le recuit microcanonique tels que décrit en figure 1. REVENDICATIONS 1. Procédé de formation d'au moins un zéro par un réseau d'antennes (Ai, A2,..., AM), chaque antenne (Aj) étant associée à une information de phase et une information de gain, le procédé comprenant, pour chaque antenne, une étape de quantification de la phase (P) et/ou une étape de quantification du gain (G) permettant de définir des bits de poids faible de phase (Np) et des bits de poids faible de gain (NG), et une étape de minimisation de la puissance totale (Pn) reçue par le réseau d'antennes par modification d'au moins un bit de poids faible de gain et/ou de phase, l'étape de minimisation de la puissance totale reçue mettant en oeuvre un procédé d'optimisation combinatoire, caractérisé en ce que le procédé d'optimisation combinatoire comprend une étape de recuit microcanonique (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de recuit microcanonique (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) comprend une procédure itérative de Creutz (2, 3, 4) qui comprend la sélection aléatoire d'une antenne du réseau, la sélection aléatoire d'au moins un bit parmi les bits (Np, NG) de poids faible de phase et/ou de gain associés à l'antenne sélectionnée, l'inversion du bit de poids faible sélectionné et la mesure de la puissance totale (Pn) reçue par le réseau d'antennes dans la configuration ainsi sélectionnée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de mise en oeuvre de la procédure de Creutz (2) comprend N sélections aléatoires successives d'un "démon" (d) parmi D "démons" mémorisés, chaque "démon" mémorisé étant associé à une valeur d'énergie (Ecl, Ec2,... , ECD), et en ce qu'une valeur d'une variable de test (test) qui compte le nombre N de sélections aléatoires effectuées est augmentée d'une unité à chaque sélection. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur d'énergie associée à un démon (d) est comparée à la variation de la puissance induite par l'inversion du bit de poids faible de sorte que, si ladite variation est inférieure à l'énergie associée au démon (d), l'énergie associée au démon (d) est corrigée (4) et la valeur du bit de poids faible confirmée et, sinon, un nouveau démon (d) est sélectionné. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les informations de phase et de gain de chaque antenne sont mémorisées (5) si la puissance totale mesurée a pour valeur une valeur qui est la plus petite valeur mesurée depuis le début du procédé. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que, lorsque le nombre de sélections atteint la valeur N, la valeur d'énergie associée à chacun des démons (d) est diminuée, la valeur de la variable test (test) est remise à zéro et une nouvelle séquence de sélections aléatoires successives d'un démon (d) est effectuée. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les valeurs d'énergie (Ec1, EC2,..., ECD) associées aux différents "démons" sont choisies identiques.