Brevet FR2821703A1 — publié le 20020906

quelconque des revendications 8 à 14. La présente invention concerne le domaine de la transmission des données et, plus particulièrement, un procédé permettant de réduire les crêtes de signal dans un signal DMT (d'après "Discrete Multitone", c'est-à-dire multitonalité discrète). La multitonalité discrète, ou DMT, est une technique de transmission à plusieurs porteuses qui utilise une transformation de Fourier rapide (notée FFT) et une FFT inverse (notée IFFT) pour attribuer des bits transmis entre des tonalités nombreuses et étroites modulées par QAM (à savoir modulation d'amplitude en quadrature) à bande étroite en fonction de la capacité de transport de chaque tonalité. Celle-ci peut naturellement varier avec les conditions de transmission. Comme cela est bien connu dans la technique, la QAM est une technique de modulation passe-bande dans laquelle l'information est représentée par des variations de phase et d'amplitude de la porteuse. Le système DSL (d'après "Digital Subscriber Line", à savoir ligne d'abonné numérique) est un système dans lequel une boucle locale non chargée assure une connexion cuivre entre un prestataire de services sur réseau et les locaux d'un client. La DMT est une forme courante de modulation utilisée dans les systèmes DSL. Dans un système DSL basé sur la DMT, le rapport de la valeur de crête à la valeur moyenne (noté PAR, d'après "peak-to average ration") nécessaire d'un signal est de 15 dB pour que la probabilité que survienne un écrêtage soit de lo-8 (si l'on suppose une distribution gaussienne). Une grande valeur du PAR réduira fortement la gamme dynamique du signal. D'une part, une valeur de crête quelconque amènera une saturation du signal et l'erreur s'étalera à toutes les sous-porteuses de fréquence. Dans le plus mauvais cas, la trame toute entière d'un signal sera effacée. D'autre part, si on augmente le PAR de façon que le signal ait moins de risques d'être écrêté, la gamme dynamique s'affaiblit. Dans le cas o PAR = 15 dB, le signal sera normalement transmis à 15 dB au dessous de son niveau de crête. Dans un système DMT, de multiples constellations QAM sont modulées sur des fréquences porteuses différentes. Dans le domaine temporel, le signal présente des niveaux variables. Normalement, le rapport maximal de la valeur de crête à la vaieur moyenne s'étend de 27 dB à 39 dB en fonction de la dimension de la FFT. Pour augmenter la gamme dynamique du signal et réduire le PAR, on a utilisé, dans les systèmes DSL basés sur la DMT, plusieurs procédés. Le procédé le plus efficace consiste à utiliser une forme d'onde spéciale connue sous l'appellation de forme d'onde de signature. C'est un signal du domaine temporel qui contient une créte importante et est par ailleurs, à d'autres instants, petit. A chaque fois que le signal est supérieur à un niveau maximal, la forme d'onde de signature se soustrait du signal, de sorte que le signal n'est pas saturé. Toutefois, le fait d'adjoindre la forme d'onde de signature provoque généralement une déformation du signal de transmission. Des systèmes de réduction de crête selon la technique antérieure sont décrits par exemple dans Tellado et J. Cioffi, "PAR Reduction in Multicarrier Transmission System", ANSI Contribution TiEl.4/97-367, Sacramento, CA, EUA, décembre 1997; et A. Gatherer et M. Polley, "Controlling Clipping Probability in DMT Transmission", 1997 Asilomar Conference, novembre 1997, dont on voudra bien considérer le contenu comme présentement incorporé. Un but de l'invention est de réduire ce problème. L'invention propose une forme d'onde de signature qui n'introduit pas de déformation du signal ou seulement une déformation minimale. La forme d'onde de signature est conçue de façon que, à chaque fois que le signal se trouve au-dessus d'un niveau maximal, la forme d'onde de signature se soustrait de ia position de crête du signal. En résultat, le signal n'est pas saturé. Les avantages d'une semblable conception de forme d'onde de signature sont que l'on peut réduire le PAR de 6 dB, tandis qu'on n'introduit aucune déformation dans le signal de transmission. Le signal de transmission ne présente pas de déformation après la réduction de crête. Par conséquent, l'invention propose un procédé permettant d'effectuer une réduction de crête dans un signal DMT, qui comprend les opérations consistant à créer une forme d'onde de signature prédéterminée et à soustraire dudit signal DMT ladite forme d'onde de signature prédéterminée dans la région d'une créte de signal à chaque fois que le signal DMT est au-dessus d'un niveau maximal prédéterminé. Selon un mode de réalisation préféré, la forme d'onde de signature est produite par un procédé itératif, partant d'une forme d'onde de départ prédéterminée et la faisant passer dans des unités de restriction du domaine temporel et du domaine de fréquence. Typiquement, la forme d'onde de signature est alignée avec le signal de sortie DMT du domaine temporel et est multipliée par un facteur de mise à l'échelle déduit de la valeur maximale du signal de sortie DMT du domaine temporel. Le résultat passe dans un moyen de décalage de bits de façon que le nombre de bits par échantillon du résultat soit apparié avec le nombre de bits des échantillons du signal DMT du domaine temporel. L'invention propose également un dispositif permettant d'effectuer une réduction de crête dans un signal DMT, qui comprend un premier circuit permettant de créer une forme d'onde de signature prédéterminée et un deuxième circuit servant à soustraire, dudit signal DMT, ladite forme d'onde de signature prédéterminée dans la région d'une créte du signal à chaque fois que le signal DMT se trouve au-dessus d'un niveau maximal prédéterminé. La description suivante, consue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caracté ristiques et avantages; elle s'appuie sur ies dessins annexés, parmi lesquels: la figure représente un mode de réalisation d'un circuit permettant de réduire le PAR d'un signal; et la figure 2 est un schéma fonctionnel illustrant le calcul d'une forme d'onde de signature. Comme noté ci-dessus, le but de l'invention est de réduire le PAR (c'està-dire le rapport de la valeur de crête à la valeur moyenne) d'un signal devant être transmis. Selon les principes de l'invention, on réalise cette opération en soustrayant du signal la forme d'onde de signature à chaque fois que le signal se trouve au-dessus d'un niveau maximal prédéterminé. De ce fait, le signal n'est pas saturé. L'invention utilise peu de bits et un vecteur court pour la forme d'onde de signature de fason que les exigences en matière de mémoire et de calcul soient minimisées. De plus, en choisissant avec soin la valeur C, comme défini ci-après, il est possible d'obtenir une réduction du PAR maximale de 6 dB et de maintenir une déformation min i male du signal. La forme d'onde de signature s(k) est représentée par un vecteur de 256 octets (256 x 8 bits), avec une valeur maximale de 0x7f (0x indique la notation hexadécimale, de sorte que, par exemple, 7f vaudrait 01111111 en notation binaire). On se reporte maintenant à la figure 1, qui montre une mise en oeuvre pratique de l'invention, comprenant une unité IFFT (de transformation de Fourier rapide inverse) 100, qui reSoit un signal d'entrée DMT modulé en fréquence, désigné par la référence X, et délivre un signal du domaine temporel IFFT, désigné par x(k), qui est représenté par des nombres de 16 bits. Le signal de sortie x(k) est envoyé à un soustrac teur 101. Dans le même temps, l'unité IFFT 100 calcule la valeur maximale de l'amplitude (M) dans une trame DMT. Si la valeur absolue maximale (|M 1) du signal du domaine temporel (x(k)) est inférieure à 0x08000, aucune action n'est nécessaire en vue de la réduction du PAR, et le signal de sortie de comparaison C est fixé à zéro. Sinon, si la valeur maximale ( | M l) est supérieure ou égale à 0x08000, le calculateur de seuil 102 délivre l'emplacement d'adressage de la valeur maximale (I) dans la série d'échantillons et effectue les opérations suivantes. Si | M | est plus grand que 0x0FFFF, l M I est d'abord saturé à une valeur maximale prédéterminée 0x0FFFF. Tandis qu'on soustraie la forme d'onde de signature du signal (x(k)), il faut d'abord qu'elle soit alignée avec la crête du signal, si l'on garde à l'esprit que la forme d'onde de signature n'a que 256 octets de longueur. Il faut aussi se rappeler que la forme d'onde de signature est constituce d'échantillons de 8 bits seulement, tandis que le signal est constitué d'échantillons de 16 bits. On réalise l'alignement de la forme d'onde de signature avec la crête en prenant des échantillons de signal de sortie IFFT à des adresses k comprises entre [I-128:I+127] (avant que le préfixe, le suffixe et la fenêtre ne soient ajoutés), et en soustrayant la forme d'onde de signature multipliée par un facteur approprié de mise à l'échelle C, o C est déterminé comme suit: 1 M 1 - ((C x (0x0080))>> 7) = 0x08000 C = ( I M |) - 0x08000) x sgn (M) L'adresse k du signal de sortie IFFT x doit être étendue cycliquement, c'est-à-dire que, si k N-l, l'adresse vraie doit être k-N. On multiplie ensuite la forme d'onde de signature s(k), qui est constituée d'échantillons de 8 bits, par le facteur C de mise à l'échelle, lequel consiste en échantillons de 16 bits, dans un multiplicateur 103. Le résultat est un nombre de 23 bits que l'on décale vers la droite de 7 bits dans l'unité 104 de fason à donner un nombre de 16 bits que l'on soustraie de x(k) dans le soustracteur 101. La création de la forme d'onde de signature s'effectue de la manière représentée sur la figure 2. Le calcul de la forme d'onde de signature est présenté sur la figure 2. Tout d'abord, une forme d'onde de fréquence initiale est sélectionnée et le signal du domaine de fréquence passe dans une unité IFFT 201 de facon que soit produite une forme d'onde de signature du domaine temporel, soit s(n). Ensuite, le signal est contrôlé reiativement à un seuil voulu dans une unité 202, et tous les échantillons du domaine temporel qui sont au-dessus du seuil sont corrigés de fason que soit produit un signal, du domaine temporel, modifié s(n). Ce signal passe dans l'unité FFT 203 de fason que soit produite une forme d'onde du domaine de fréquence S(k). Ce signal S(k) est ensuite vérifié relativement à un masque de fréquence voulu dans une unité 204, et tous les signaux qui sont au dessus du masque sont corrigés de fason qu'ils satisfassent les exigences relatives au masque. Le signal de sortie S(k) de l'unité 204 est renvoyé dans l'unité IFFT 20l, et le processus se répète sur une base itérative jusqu'à ce que la variation de la forme d'onde devienne non significative entre itérations successives ou jusqu'à ce qu'un nombre maximal d'itérations ait été atteint. Un exemple de seuil du domaine temporel pour l'unité 202 est donné par: 1, n=128; s.(n) = s(n), | s(n) 1 o,5, n 128 Dans l'équation ci-dessus, on suppose que le point central de la forme d'onde de signature est centré sur n = 128 et que le seuil est la constante 0,5. Un exemple de masque du domaine de fréquence pour l'unité 204 est donné par: S(k), k est dans la région 1 ou est plus petit que le seuil voulu S(k) = x sgn (S(k)), k est dans la région 2 et | S(k) | > y2(k) x sgn (S(k)), k est dans la région 3 et | S(k) 1>2 Ici, la région 1 appartient à la bande de fréquence de l'émetteur qui n'est pas utilisée. Cette bande peut étre utilisée, sans contraintes, pour la forme d'onde de signature. La région 2 appartient à la bande de fréquence du récepteur et le seuil correspondant est fixé de fason à étre égal au masque voulu du spectre de l'émetteur pour la bande du récepteur, ou bien, dans le cas o il n'y a pas de restriction sur le signal d'émission dans la bande du récepteur, y, est fixé de façon que le signal d'écho produit pour la bande du récepteur soit plus petit que la valeur voulue. La région 3 appartient à la bande de l'émetteur o les bits de données sont modulés et 2(k) est fixé comme étant compris entre 1/6 et 1/4 de la distance de constellation qui diffère pour différentes sous- porteuses de fréquence (k). La sélection du seuil ci-dessus assure que la forme d'onde de signature emploie toutes les bandes de fréquence possibles de fason qu'elles puissent approcher le mieux une fonction impuision. Dans le même temps, elle ne viole aucune exigence de fréquence et n'amène aucune déformation du signal pour le récepteur de l'extrémité éloignée comme celui de l'extrémité proche. L'invention offre une mise en oeuvre efficace permettant la réduction du PAR. Le concept de la forme d'onde de signature est tel qu'il approche le mieux la fonction impuision et, dans le même temps, ne provoque qu'une déformation minimale ou pas de déformation du tout à la fois pour le signal de l'émetteur et le signal du récepteur. Le procédé présentement décrit peut étre mis en oeuvre au moyen d'une petite capacité de mémorisation et au prix de peu de calcuis. En employant des paramètres appropriés, on peut maximiser la réduction du PAR. Le procédé itératif de création de la forme d'onde de signature assure un choix optimal pour la forme d'onde de signature. Toutes les bandes de fréquence possibles sont employées de façon à créer la forme d'onde de signature optimale. Bien entendu, I'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du procédé et du dispositif dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant de réaliser une réduction de créte dans un signal DMT, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à créer une forme d'onde de signature prédéterminée et à soustraire, dudit signal DMT, ladite forme d'onde de signature prédéterminée dans la région d'une crête du signal à chaque fois que le signal DMT est au-dessus d'un niveau maximal prédéterminé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait d'abord passer ledit signal DMT dans une unité IFFT qui produit un signal x(k) du domaine temporel. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite unité IFFT produit un premier signal de sortie M représentant une valeur maximale dudit signal x(k) et un deuxième signal de sortie I représentant l'emplacement d'ad ressage de la valeur maxi male I dans ledit signal x(k) . 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on soustrait, dudit signal DMT, ladite forme d'onde de signature prédéterminée lorsque la valeur absolue | M | se trouve au-dessus d'une valeur prédéterminée. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite forme d'onde de signature possède moins d'échantillons que ledit signal DMT et en ce qu'on aligne d'abord ladite forme d'onde de signature avec ladite créte du signal, avant la soustraction. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on multiplie d'abord ladite forme d'onde de signature par un facteur de mise à l'échelle afin d'obtenir l'appariement avec ledit signal DMT. 7. Procédé selon la reve ndication 6, ca ractérisé en ce que led it facteur de mise à l'échelle est déterminé à partir de ladite valeur absolue | M |. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on détermine le facteur de mise à l'échelle C selon l'équation: C = ( | M |) - 0xXXXXX) x sgn(M) o 0xXXXXX est un nombre prédéterminé. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on décale d'abord le résultat de la multiplication du facteur de mise à l'échelle par ladite forme d'onde de signature afin d'apparier le nombre de bits par échantillon du résultat avec le nombre de bits représentant le signal x(k) du domaine temporel. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on créé ladite forme d'onde de signature en faisant passer une forme d'onde prédéterminée dans un circuit de modification de forme d'onde sur une base itérative jusqu'à ce que la variation de la forme d'onde devienne insignifiante entre échantillons ou jusqu'à ce qu'un nombre maximal d'itérations ait été atteint. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit circuit de modification de la forme d'onde comprend une unité IFFT servant à produire ladite forme d'onde de signature s(n) dans le domaine temporel, une unité de restriction de forme d'onde servant à produire un signal de forme d'onde de signature du domaine temporel modifié s(n), et une unité FFT servant à produire un signal de forme d'onde modifié du domaine de fréquence S(k), ainsi qu'une unité de restriction de spectre servant à produire un signal de fréquence à bande limitée S(k) que l'on renvoie dans ladite unité IFFT au titre d'une partie dudit processus d'itération. 12. Dispositif permettant d'effectuer une réduction de créte dans un signal DMT, caractérisé en ce qu'il comprend une première unité (201 à 204) servant à créer une forme d'onde de signature prédéterminée et une deuxième unité (101 à 104) servant à soustraire, dudit signal DMT, ladite forme d'onde de signature prédéterminée dans la région d'une créte du signal à chaque fois que le signal DMT se trouve au-dessus d'un niveau maximal prédéterminé. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite deuxième unité comprend une unité IFFT (100) servant à produire un signal du domaine temporel à partir dudit signal DMT, que l'on applique à un soustracteur (101). 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite unité IFFT (100) possède deux signaux de sortie supplémentaires représenta nt respectivement la valeur maxima le (M) et l'em placement (I) de ladite valeur maximale dans ledit signal DMT. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesUits signaux de sortie supplémentaires sont appliqués aux entrées respectives d'une unité (102) de calcul de seuil qui produit un facteur de mise à l'échelle (C) pour ladite forme d'onde de signature lorsque la valeur absolue de ladite valeur maximale (M) est au-dessus d'une valeur prédéterminée. 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite première unité comprend une unité IFFT (201) servant à produire un signal du domaine temporel à partir d'une forme d'onde d'entrée prédéterminée, une unité (202) de restriction de forme d'onde du domaine temporel, une unité FFT (203) servant à produire une forme d'onde du domaine de fréquence modifiée, et une unité (204) de limitation de spectre destinée à ladite forme d'onde du domaine de fréquence modifiée, un signal de sortie de ladite unité de limitation de spectre étant appliquée à une entrée de ladite unité IFFT (201) afin de permettre la création de