Brevet FR2831735A1 — publié le 20030502

ANNULEUR D'INTERFERENCES ENTRE SYMBOLES La présente invention concerne un dispositif pour annuler les interférences entre symboles dans un signal numérique échantillonné. L'invention trouve plus particulièrement son application dans le domaine des transmissions numériques, et est notamment prévue pour être incorporée dans un récepteur de signaux numériques afin d'annuler les interférences entre symboles résultant de la présence de trajets multiples dans le canal de transmission des données numériques. La figure 1 illustre une chaîne de transmission de symboles complexes émis par une source de symboles. Cette chaîne de transmission comprend un modulateur, un filtre d'émission, un milieu de transmission, un filtre de réception, un démodulateur, un additionneur introduisant des échantillons de bruit blanc gaussien { Wn }n#N et un échantillonneur de période d'échantillonnage T. L'ensemble modulateur, filtre d'émission, milieu de transmission, filtre de réception et démodulateur forme un canal de transmission discret équivalent engendrant des interférences entre symboles (IES). La chaîne de transmission délivre une suite de symboles complexes {} neN définis par la relation suivante : où les (rL+i (n),..., To (n),..., rL (n) ) sont les coefficients éventuellement complexes du canal de transmission discret équivalent à l'instant n. La fonction de transfert du canal de transmission discret équivalent qui introduit les interférences entre symboles est, à l'instant n, : où T est la période temporelle séparant deux symboles complexes consécutifs dans la suite des symboles complexes et L2 et Ll-1 représentent respectivement le nombre de symboles complexes passés et futurs engendrant l'interférence sur le symbole complexe courant. Par souci de simplification, la fonction de transfert Hn(f) est notée H (f) dans la suite de la description. Dans les équations (1) et (2), on considère que la réponse impulsionnelle du canal de transmission discret équivalent (correspondant à la transformée de Fourier inverse de la fonction de transfert) est définie par L = L1+L2 coefficients. Un des annuleurs d'interférences entre symboles les plus connus est décrit dans le document intitulé "Adaptive Cancellation of Intersymbol Interference for Data Transmission"de A. Gersho et T. L Lim, Bell Systems technical journal, Vol. 11, n 60, ppl997-2021, Nov 1981. Un schéma de la structure de cet annuleur d'interférences entre symboles est présenté à la figure 2 de la présente demande. Cet annuleur d'interférences comprend un premier filtre 10, appelé filtre avant, pour traiter la suite de symboles complexes un deuxième filtre 20, appelé filtre arrière, pour traiter une suite de symboles complexes {dn} neN et un circuit soustracteur 30 pour retrancher de la sortie du filtre 10 la sortie du filtre 20. Le circuit soustracteur 30 délivre une z suite de symboles complexes {dn} neN débarrassés des interférences entre symboles engendrées par le canal de transmission. La suite {dn} nEN représente soit les symboles complexes émis à travers le canal de transmission par la source d'émission si le système utilise une séquence d'apprentissage, soit des symboles complexes qui sont une estimation des symboles complexes émis par la source d'émission. Dans ce deuxième cas de figure, la suite de symboles {dn} neN est fournie par un autre organe du récepteur, par exemple un égaliseur linéaire transverse ou un égaliseur à maximum de vraisemblance. On suppose que le canal de transmission est variant dans le temps. Les coefficients de la réponse impulsionnelle ne sont donc pas normalisés. On a alors L 2 la relation suivante : (n)) =cn. On suppose par k=-L1+l k=-Ll+l ailleurs que le signal émis est de puissance unité, et donc que la variance des symboles émis o est égale à 1. Le filtre 10 du dispositif converge vers un filtre adapté au canal de transmission. Les coefficients optimaux du filtre 10, par exemple au sens du critère du minimum d'erreur quadratique moyenne, sont donc ceux du filtre adapté au canal de transmission. La fonction de transfert optimale de ce filtre est donc égale à --- H* (f). H* (f) désigne le conjugué de la fonction cow + an de transfert H (f) et c désigne la variance du bruit w gaussien. Le filtre 20 est quant à lui destiné à reconstruire les interférences entre symboles présentes en sortie du filtre 10. Le filtre 20 converge donc vers un filtre de 2 fonction de transfert --- H (f) l-aJ. Les filtres 10 2 Les et 20 sont donc respectivement de taille L et 2L-1. Les coefficients des filtres sont fournis au fur et à mesure du traitement soit par un algorithme d'estimation de canal, soit par un algorithme d'adaptation visant à minimiser un critère d'optimisation donné. L'invention procède d'une recherche menée relativement aux annuleurs d'interférences entre symboles en vue de restreindre la taille des filtres nécessaires à leur mise en oeuvre, ce qui va permettre de limiter les dégradations apportées par un trop grand nombre de coefficients et réduire le temps de convergence des coefficients. L'invention concerne un dispositif pour annuler les interférences entre symboles dans une suite d'échantillons d'entrée d'un signal numérique provenant d'un canal de transmission défini par sa fonction de transfert H (f) dans le domaine fréquentiel, chaque échantillon étant représentatif d'un symbole complexe, caractérisé en ce qu'il comporte : - un premier filtre qui converge vers un filtre de fonction de transfert H (f), lequel premier filtre reçoit en entrée une suite d'échantillons représentative du signal numérique émis à l'entrée dudit canal de transmission, - un circuit soustracteur pour retrancher la sortie dudit premier filtre à ladite suite d'échantillons d'entrée, - un second filtre qui converge vers un filtre adapté au canal de transmission, lequel second filtre reçoit en entrée la sortie dudit circuit soustracteur, et - un circuit de sortie destiné à combiner la sortie dudit second filtre et la suite des échantillons représentative du signal numérique émis à l'entrée dudit canal de transmission pour générer une suite de symboles complexes débarrassés des interférences entre symboles engendrées par le canal de transmission. Le circuit de sortie est par exemple un circuit additionneur destiné à additionner la sortie dudit second filtre avec ladite suite des échantillons représentative du signal numérique émis à l'entrée dudit canal de transmission. Les deux filtres du dispositif d'annulation d'interférences de l'invention ne comportent que L coefficients. Selon une caractéristique de l'invention, dans le cas d'un canal de transmission perturbé par un bruit additif ayant des coefficients variant dans le temps, le coefficient correcteur d'amplitude est fonction de la puissance estimée du canal de transmission et de la variance du bruit additif. L'invention concerne également un récepteur de signaux numériques caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'annulation des interférences entre symboles tel que décrit précédemment et un circuit dédié pour générer ladite suite d'échantillons représentative du signal numérique émis à l'entrée dudit canal de transmission. Le circuit dédié est par exemple un égalisateur linéaire transverse ou un égaliseur à maximum de vraisemblance recevant en entrée la suite d'échantillons d'entrée. L'invention concerne également un dispositif de turboégalisation comportant une pluralité de modules de turboégalisation en série caractérisé en ce que chaque module de turboégalisation de rang supérieur à 1 dans ladite série de modules comporte un dispositif d'annulation d'interférences tel que décrit précédemment et en ce que, pour chaque dispositif d'annulation d'interférences, la suite d'échantillons représentative du signal numérique émis à l'entrée du canal de transmission est fournie par le module de turboégalisation de rang inférieur. r D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - La figure 1, déjà décrite, illustre schématiquement un canal de transmission discret ; - la figure 2, déjà décrite, représente le schéma d'un annuleur d'interférences entre symboles de l'art antérieur ; - la figure 3 représente un schéma équivalent de la structure d'annuleur de la figure 2 ; - la figure 4 représente le schéma d'un annuleur d'interférences entre symboles selon l'invention ; - la figure 5 représente un annuleur d'interférences entre symboles conforme à l'invention comprenant un circuit d'estimation de canal pour déterminer les coefficients des deux filtres de l'annuleur ; - la figure 6 représente un annuleur d'interférences entre symboles conforme à l'invention comprenant un circuit de traitement numérique mettant en oeuvre un algorithme d'adaptation pour déterminer les coefficients des deux filtres de l'annuleur ; - la figure 7 montre une application de l'annuleur d'interférences de l'invention dans un dispositif de turbo-égalisation, et la figure 8 montre un mode de réalisation amélioré de-l'annuleur d'interférences dans le cadre d'une turbo-égalisation avec estimation de canal. Comme indique précédemment, la structure classique de l'annuleur d'interférences entre symboles montrée à la figure 2 nécessite la mise en oeuvre d'un premier filtre à L coefficients et d'un second filtre à 2L-1 coefficients. L'invention vise à déterminer une structure d'annuleur nécessitant un nombre plus restreint de coefficients. Comme montré à la figure 3, le filtre 20 peut être décomposé en deux filtres, 21 et 22, montés en cascade et un circuit soustracteur 23. Le filtre 21 converge vers un filtre de fonction de transfert H (f) et le filtre 22 vers un filtre de fonction de transfert --- H* (f). Ces deux filtres étant linéaires, ils 2 Ces peuvent être intervertis. Le circuit soustracteur 23 est chargé de soustraire de la suite d'échantillons complexes issue de la cascade des filtres 21 et 22 la suite des échantillons complexes affectes du coefficient correcteur d'amplitude--"-. Le filtre 2. adapté au canal de transmission de fonction de transfert----H* (f) est présent dans les deux 2 est branches de l'annuleur, à savoir la branche traitant les échantillons complexes {} ne et la branche traitant les échantillons complexes {dn} neN. Selon l'invention, on supprime cette redondance du filtre adapté au canal de transmission pour diminuer le nombre de coefficients nécessaires à la mise en oeuvre de l'annuleur. La figure 4 représente une structure de l'annuleur d'interférences de l'invention. L'annuleur d'interférences entre symboles de l'invention comporte un premier filtre, 100, qui converge vers un filtre de fonction de transfert H (f). Ce filtre 100 reçoit en entrée la suite de symboles complexes {dn jieN et délivre une suite de symboles complexes La suite de symboles complexes est par exemple fournie par un égalisateur linéaire transverse ou un égaliseur à maximum de vraisemblance prévu dans le récepteur. Un circuit soustracteur 110 est prévu pour soustraire de la suite de symboles complexes {} neN la suite de symboles complexes (dne. La suite de symboles complexes, notée {en} nEN, délivrée par le circuit soustracteur 110 est ensuite filtrée par un second filtre 120. Le filtre 120 est un filtre qui converge vers un filtre de fonction de transfert----H* (f). La suite des ou +an symboles complexes {dn} neN affectés du coefficient correcteur d'amplitude--n est additionnée avec la au + an suite de symboles complexes délivrée par le filtre 120, notée {e} EN, au moyen d'un circuit additionneur 130, z lequel délivre la suite de symboles complexes {dn} neN. Cette structure d'annuleur est équivalente en terme de filtrage à celle de la figure 2. Elle permet toutefois de diminuer sensiblement la taille des filtres de l'annuleur. Selon l'invention, l'annuleur d'interférences comporte deux filtres, 100 et 120, à L coefficients au lieu d'un filtre à L coefficients et d'un filtre à 2L-1 coefficients. Les coefficients de filtre peuvent êtres déterminés soit par un circuit d'estimation du canal de transmission comme montré en traits pointillés à la figure 5, soit par un circuit de traitement numérique mettant en oeuvre un algorithme d'adaptation minimisant un critère d'optimisation donné comme montré en traits pointillés à la figure 6. En référence à la figure 5, les coefficients des filtres 100 et 120 sont déterminés à partir d'un circuit d'estimation de canal. Plus exactement, l'estimation de canal est utilisée pour calculer les coefficients du filtre 100 et en déduire les coefficients du filtre 120. L'estimation de canal consiste à calculer les coefficients de la réponse impulsionnelle du canal de transmission. Ces coefficients sont déterminés par exemple par une méthode d'estimation de type RLS (Recursive Least Square) ou LMS (Least Mean Square). L'estimation de canal est particulièrement intéressante pour suivre les variations du canal de transmission lorsque celui-ci varie dans le temps. Cependant, cette solution est sous-optimale lorsque le canal de transmission ne varie pas ou peu dans le temps car elle ne minimise pas directement les interférences entre symboles à la sortie de l'annuleur. Dans le cas de la figure 6, les coefficients des filtres de l'annuleur sont déterminés de manière adaptative à l'aide d'un algorithme d'adaptation qui calcule directement les coefficients de filtre en se basant sur un critère d'optimisation donné visant à minimiser les interférences entre symboles à la sortie de l'annuleur. Ce critère étant directement lié à la minimisation des interférences entre symboles à la sortie de l'annuleur, il est optimal pour la correction des interférences entre symboles lorsque le canal de transmission est invariant dans le temps. Le dispositif de l'invention est tout particulièrement adapté pour supprimer les interférences engendrées par un canal hertzien lors de la transmission de données numériques. L'annuleur de l'invention peut être employé dans un dispositif de turbo-égalisation. Le principe de la turbo-égalisation est décrit dans la demande de brevet n097 05978 déposée par la présente demanderesse. Un schéma de principe d'un dispositif de turbo-égalisation est représenté à la figure 7. Ce dispositif comporte plusieurs modules d'égalisation et de décodage identiques montés en série. Chaque module reçoit la suite d'échantillons {} EN issue du canal de transmission et retardée d'une quantité égale au temps de traitement des modules précédents et, pour les modules de rang supérieur à 1, la sortie du module précédent. Chaque module de rang supérieur à 1 comprend un annuleur d'interférences entre symboles conforme à l'invention, un désentrelaceur, un convertisseur Maire/binaire, un décodeur de canal, un convertisseur binaire/M-aire et un désentrelaceur. Dans cette application, la suite d'échantillons {dn} neN nécessaires au fonctionnement de l'annuleur d'interférence d'un module donné est fournie par le module précédent. Dans la figure 7, d désigne la suite d'échantillons délivrée par le module de turbo- égalisation de rang p. Dans le cadre de la turbo-égalisation, la structure de l'annuleur d'interférences peut être améliorée lorsque les coefficients des filtres sont déterminés par une estimation de canal. Dans cette structure améliorée, la valeur de la fonction de transfert du filtre 120 ainsi que la valeur du coefficient correcteur d'amplitude sont modifiées. Cette structure améliorée est montrée à la figure 8 où G (f) désigne la nouvelle fonction de transfert du filtre 120 et go désigne le coefficient correcteur d'amplitude. Les expressions de G (f) et go sont les suivantes : et ! H (v) . et go=J-----'---'-.-----3v d w r 21 En turbo-égalisation, la variance Bd varie a chaque itération. Ainsi, la fonction de transfert G (f) et le coefficient correcteur d'amplitude go varient à chaque itération jusqu'à tendre vers les expressions indiquées dans les figures 4 à 6. Avec cette structure, l'annuleur d'interférences des premiers modules du dispositif de turbo-égalisation joue également le rôle d'un égaliseur (suppression du bruit). REVENDICATIONS 1) Dispositif pour annuler les interférences entre symboles dans une suite d'échantillons d'entrée ( {} nosh) d'un signal numérique provenant d'un canal de transmission défini par sa fonction de transfert H (f) dans le domaine fréquentiel, chaque échantillon étant représentatif d'un symbole complexe, caractérisé en ce qu'il comporte : - un premier filtre (100) qui converge vers un filtre de fonction de transfert H (f), lequel premier filtre reçoit en entrée une suite d'échantillons ( {dn} ne N) représentative du signal numérique émis à l'entrée dudit canal de transmission, - un circuit soustracteur (110) pour retrancher la sortie ( {dn} neN) dudit premier filtre à ladite suite d'échantillons d'entrée ( {rn} nEN) i - un second filtre (120) qui converge vers un filtre adapté au canal de transmission, lequel second filtre reçoit en entrée la sortie dudit circuit soustracteur (110), et - un circuit de sortie (130) destiné à combiner la sortie dudit second filtre (120) et la suite des échantillons ( {dn} neN) représentative du signal numérique émis à l'entrée dudit canal de transmission z pour générer une suite de symboles complexes ( {dn} nef) débarrassés des interférences entre symboles engendrées par le canal de transmission. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de sortie est un circuit additionneur (130) destiné à additionner la sortie dudit second filtre (120) avec ladite suite des échantillons ( {dn} neN) représentative du signal numérique émis à l'entrée dudit canal de transmission. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les échantillons ( {dneN) de la suite représentative du signal numérique émis à l'entrée du canal de transmission qui sont traités par ledit circuit additionneur (130) sont affectés d'un coefficient correcteur d'amplitude. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans le cas d'un canal de transmission perturbé par un bruit additif ayant des coefficients variant dans le temps, le coefficient correcteur d'amplitude est fonction de la puissance estimée du canal de transmission et de la variance du bruit additif. 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans le cas d'un canal de transmission perturbé par un bruit additif de variance c ayant des coefficients rk (n) variant dans le temps tel que, à L l'instant n, Irk (n) \2 = an 1 le coefficient correcteur k=-L1+l d'amplitude affecté à la suite d'échantillons représentative du signal numérique émis à l'entrée dudit canal de transmission est égal à 2 n et la cow + an fonction de transfert du filtre vers lequel converge le second filtre e second filtre est---- (H (f) -a.,). +a, 6) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans le cas d'un canal de transmission perturbé 2 par un bruit additif de variance cyw, le coefficient correcteur d'amplitude affecté à la suite d'échantillons ( {dn} neN) représentative du signal numérique émis à l'entrée dudit canal de transmission . 2 t égal à go = f ( {I- l'}), W-B/o IH ( (Yd-E l. 12 l + CYW et la fonction de transfert du filtre vers lequel converge le second filtre est 7) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les coefficients desdits premier et second filtres (100, 120) sont déterminés par un circuit de traitement numérique mettant en oeuvre un algorithme d'adaptation se basant sur un critère d'optimisation visant à minimiser l'influence des interférences entre symboles à la sortie dudit dispositif. 8) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les coefficients desdits premier et second filtres (100,120) sont déterminés par un circuit d'estimation du canal de transmission. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la réception de données numériques transmises à travers un canal hertzien. 10) Récepteur de signaux numériques caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'annulation des interférences entre symboles selon l'une des revendications 1 à 9 et un circuit dédié pour générer ladite suite d'échantillons ( {dn} nef' représentative du signal numérique émis à l'entrée dudit canal de transmission. 11) Récepteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit circuit dédié est un égalisateur linéaire transverse ou un égaliseur à maximum de vraisemblance recevant en entrée ladite suite d'échantillons d'entrée ( {rn} neN). 12) Dispositif de turboégalisation comportant une pluralité de modules de turboégalisation en série caractérisé en ce que chaque module de turboégalisation de rang supérieur à 1 dans ladite série de modules comporte un dispositif d'annulation d'interférences entre symboles selon l'une revendications 1 à 9 et en ce que, pour chaque dispositif d'annulation d'interférences, ladite suite d'échantillons représentative du signal numérique émis à l'entrée du canal de transmission est fournie par le module de turboégalisation de rang inférieur.