Brevet FR2843845A1 — publié le 20040227

I PROCEDE DE DUPLEXAGE PAR REPARTITION DE FREQUENCE POUR UN SYSTEME DE COMMUNICATION DUPLEX La présente invention concerne un procédé de duplexage par répartition de fréquence pour un système de communication duplex. Il est généralement demandé qu'un système de communication supporte des communications duplex, dans lequel une communication d'émission et de réception peut être effectuée, plutôt qu'une communication simple. De plus, pour supporter une émission large bande à grande vitesse dans un environnement de canaux multiples variant dans le 10 temps, une bande de fréquences limitée doit être utilisée efficacement et le rendement en puissance d'émission doit être accru. Pour améliorer ce rendement d'émission, on a recherché un système qui augmente le rendement d'émission en avertissant l'extrémité émettrice d'un rapport signal à bruit de réception (S/N), des informations de canal ou analogue d'une extrémité 15 réceptrice sous la forme d'informations de retour, en exécutant un traitement approprié en utilisant les informations de retour et en émettant les données correspondantes. Il existe deux procédés de duplexage généralement utilisés dans un système de communication duplex utilisant ces informations de retour: I'un est un procédé de duplexage par répartition de fréquence et l'autre 20 est un procédé de duplexage par répartition dans le temps. Comme représenté sur la figure 1, le procédé de duplexage par répartition de fréquence fonctionne de telle sorte qu'une bande de fréquences complète d'un système de communication duplex soit divisée en deux canaux de fréquence consécutifs, dans lequel un canal de fréquence est 25 utilisé pour l'émission et l'autre canal de fréquence est utilisé pour la réception. Dans un tel procédé de duplexage par répartition de fréquence, puisqu'une bande de fréquences cohérente d'un canal est généralement beaucoup plus petite qu'une bande de fréquences d'un système large bande dans le cas du système large bande, le système large bande ne peut pas estimer les 30 informations de retour par l'intermédiaire d'un canal de réception, en raison de la différence entre les caractéristiques de canal des canaux d'émission et de réception. Il est donc nécessaire de prévoir la préparation d'un canal de retour supplémentaire et d'émettre des informations de retour par l'intermédiaire du canal de retour. Ce canal de retour supplémentaire existe toujours sur l'axe 35 des temps, de telle sorte que le système large bande peut toujours avertir l'extrémité émettrice de la variation des informations de retour, même si les informations de retour varient en raison de la variation des caractéristiques du canal dans un environnement à trajets multiples variant dans le temps. Toutefois, le procédé de duplexage par répartition de fréquence présente des inconvénients car comme il utilise le canal de retour supplémentaire, le 5 rendement en fréquence diminue et la puissance d'émission est gaspillée, diminuant ainsi le rendement d'émission. Comme représenté sur la figure 2, le procédé de duplexage par répartition dans le temps fonctionne de telle sorte que l'émission et la réception soient effectuées en utilisant des fenêtres temporelles sur l'axe des 10 temps au lieu d'utiliser une bande de fréquences complète d'un système de communication duplex à la fois pour l'émission et la réception. Ainsi, l'extrémité émettrice du système de communication duplex peut estimer les informations de retour requises utilisant les fenêtres de réception, en utilisant un procédé approprié lorsque des données sont reçues. Par conséquent, dans 15 le procédé de duplexage par répartition dans le temps, comme l'extrémité émettrice peut estimer les informations de retour sans utiliser de canal de retour supplémentaire, la diminution du rendement d'émission pouvant se produire dans le procédé de duplexage par répartition de fréquence ne se produit pas. Toutefois, le procédé de duplexage par répartition dans le temps 20 présente des inconvénients car comme les fenêtres de réception sont discontinues sur l'axe des temps, le système de communication duplex ne peut pas avertir l'extrémité émettrice de la variation des informations de retour dues à la variation des caractéristiques du canal dans un environnement de canal à trajets multiples variant dans le temps, dégradant ainsi les 25 performances d'un système de communication duplex. Un objet de la présente invention est de fournir un procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence pour un système de communication duplex, permettant à l'extrémité émettrice d'estimer rapidement la variation des informations de retour dans un environnement de 30 canal à trajets multiples variant dans le temps, sans diminuer le rendement en fréquence et le rendement en puissance d'émission dans le système de communication duplex, évitant ainsi la dégradation des performances d'un système d'émission large bande à grande vitesse due à la variation des caractéristiques du canal dans un environnement de canal à trajets multiples 35 variant rapidement dans le temps. Plus précisément, I'invention a pour objet un procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence pour un système de communication duplex pour estimer les informations de retour d'un canal de fréquence d'émission en utilisant un canal de fréquence de réception, comprenant les étapes consistant à: - diviser la bande de fréquences du système de communication duplex en une pluralité de canaux de fréquence de façon à garantir la similitude entre les caractéristiques de canal des canaux de fréquence voisin; et - allouer alternativement des canaux d'émission et de réception aux différents canaux de fréquence. Le procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence de la présente invention peut garantir la similitude entre les caractéristiques de canal des canaux voisins en divisant la bande de 15 fréquences d'un système de communication duplex en une pluralité de canaux de fréquence et peut facilement estimer les informations de retour en se basant sur la variation des caractéristiques de canal en utilisant le fait que les caractéristiques d'un canal de réception adjacent à un canal d'émission sont similaires à celles du canal d'émission sans utiliser de canal de retour 20 supplémentaire par allocation des canaux de fréquence à l'émission et à la réception, destinés à être entrelacés. En outre, puisque la présente invention n'utilise pas de canal de retour supplémentaire, elle peut maintenir un rendement en fréquence important et un rendement en puissance d'émission élevé, qui sont les avantages d'un procédé de duplexage par répartition dans 25 le temps et elle peut facilement estimer les informations de retour, même dans un environnement de canal à trajets multiples variant dans le temps. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'estimation des informations de retour est exprimée par une fonction dans l'équation (f) suivante: 12k+1 = f(12,l4,...,12k.... IN) o Ik du terme de droite représente les informations de retour d'un k-ème canal de fréquence et N du terme de gauche représente le nombre de canaux de fréquences réparties. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, 35 I'estimation des informations de retour est exprimée par une fonction dans l'équation (f) suivante: 12k = f(l11,13,...,12k+1,...,IN) o Ik du terme de droite représente les informations de retour d'un k-ème canal de fréquence et N du terme de gauche représente le nombre de canaux de fréquences réparties. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, l'estimation des informations de retour est effectuée en utilisant une interpolation linéaire exprimée par l'équation suivante: h2k+h2k+2 h2k+l = 2 o hk constitue les informations de retour d'un k-ème canal de fréquence, et représente le gain du canal de fréquence. Avantageusement, le système de communication duplex comporte un système de multiplexage par répartition de fréquence 15 orthogonale. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple qui représentent respectivement: - La figure 1, une courbe représentant un procédé de 20 duplexage par répartition de fréquence (FDD) dans un système de communication duplex avec deux canaux de fréquence d'émission/réception consécutifs, - la figure 2, une courbe représentant un procédé de duplexage par répartition dans le temps (TDD) dans un système de 25 communication duplex avec trois fenêtres temporelles et un canal de fréquence, - la figure 3, une courbe représentant un procédé de répartition de canal de fréquence garantissant la similitude entre les caractéristiques des canaux de fréquence voisins; - la figure 4, une courbe représentant un procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence (IFDD) de la présente invention, appliqué à un système de communication duplex avec N canaux de fréquence, et - la figure 5, une courbe représentant les taux d'erreur sur les 35 bits d'un système OFDM SSCTD (diversité d'émission par combinaison d'espace de canal secondaire) auquel s'applique la présente invention, et d'un système OFDM SSCTD auquel s'applique un procédé de duplexage typique par répartition dans le temps, en fonction de la vitesse de déplacement d'un récepteur. La présente invention décrit un procédé de duplexage garantissant la robustesse d'un canal à trajets multiples variant dans le temps dans un système de communication duplex utilisant des technologies améliorant le rendement d'émission en utilisant des informations de retour au niveau de l'extrémité émettrice. Il existe deux procédés pour informer l'extrémité émettrice des informations de retour: un premier procédé utilise un canal de retour supplémentaire, comme représenté dans le procédé de duplexage par répartition de fréquence de la figure 1, et un second procédé estime les informations de retour en utilisant des fenêtres de réception, comme 15 représenté dans le procédé de duplexage par répartition dans le temps de la figure 2. Toutefois, le premier procédé utilisant un canal de retour supplémentaire dans le procédé de duplexage par répartition de fréquence diminue le rendement d'émission, et le second procédé estimant les informations de retour en utilisant des fenêtres de réception dans le procédé 20 de duplexage par répartition dans le temps diminue les performances d'un système de communication duplex dans un environnement de canal à trajets multiples variant dans le temps. Comme représenté sur la figure 3, le procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence de la présente invention comprend un 25 processus de division d'une bande de fréquences complète d'un système de communication duplex en une pluralité de petites bandes de fréquences, à savoir, N canaux de fréquence ayant chacun une bande de fréquences de Af. Généralement, la totalité de la bande de fréquences est caractérisée par un évanouissement sélectif de fréquence dans le domaine 30 des fréquences. Dans ce cas, le procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence permet à chacun des canaux de fréquence de représenter des caractéristiques d'évanouissement plates en fréquence en divisant la totalité de la bande de fréquences en une pluralité de canaux de fréquence. En outre, la présente invention peut garantir la similitude entre les caractéristiques de canaux de fréquence voisins en augmentant le nombre de canaux de fréquence N. C'est-à-dire que, comme représenté sur la figure 4, le procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence affecte des canaux de fréquence pairs à l'émission et des canaux de fréquence impairs à la réception, en considérant que les canaux de fréquence voisins de N canaux de fréquence ont des caractéristiques similaires sur la figure 3. A titre de variante, le procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence peut affecter des canaux de fréquence pairs à la réception et les canaux de fréquence impairs à l'émission. Ainsi, le procédé de duplexage entrelacé par répartition de 10 fréquence peut facilement estimer les informations de retour des canaux de fréquence d'émission en utilisant les canaux de fréquence de réception. L'estimation des informations de retour des canaux de fréquence d'émission en utilisant les canaux de fréquence de réception peut s'exprimer par les équations [1-1] et [1-2] suivantes, 15 12k+1 = f(l2,14, .,12k,...,. IN) --------------[1-1] 12k = f(l1,l3,...,l2k+1,...,IN) -------------[1-2]..DTD: O Ik est constitué des informations de retour d'un k-ème canal de fréquence et f() est une fonction d'estimation obtenant les informations de canal de fréquence d'émission en utilisant les informations de canal de 20 fréquence de réception. Un système utilisant un procédé d'émission par multiplexage par division de fréquence orthogonale (OFDM) utilisant une pluralité de canaux de fréquence est décrit ci-après comme mode de réalisation préféré auquel s'applique le procédé de duplexage par répartition de fréquence de la 25 présente invention. En outre, les performances d'une diversité d'émission par combinaison d'espace de canal secondaire (SSCTD) sont considérées comme une technologie utilisant des informations de retour pour améliorer le rendement d'émission. Le SSCTD est l'une des technologies de diversité d'émission qui sélectionne l'antenne ayant le plus grand gain parmi M 30 antennes d'émission, utilise les gains des canaux secondaires respectifs comme informations de retour et émet les informations de retour par l'intermédiaire de l'antenne choisie, de façon à améliorer les performances du système OFDM. Pour vérifier les performances de la présente invention, un 35 système OFDM utilisant le SSCTD basé sur le procédé de duplexage par répartition dans le temps (appelé ci-après "système OFDM SSCTD/TDD") et un système OFDM utilisant le SSCTD basé sur le procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence de la présente invention (appelé ciaprès "système OFDM SSCTD/IFDD") sont considérés. Dans le système OFDM SSCTD/TDD, la différence de temps entre l'estimation et l'émission des 5 informations de retour est fournie sous la forme d'une différence entre le dernier moment d'une fenêtre temporelle et le temps d'émission. D'autre part, dans le système OFDM SSCTD/IFDD, la différence de temps entre l'estimation et l'émission des informations de retour est toujours fixée à un intervalle d'un symbole unique. Ce résultat signifie que la variation des 10 informations de retour peut être rapidement estimée dans un environnement de canal à trajets multiples variant dans le temps. En outre, le système OFDM SSCTD/IFDD peut utiliser les diverses fonctions d'estimation f() données dans les équations [1-1] et [1-2], pour estimer les informations de retour des canaux d'émission. Toutefois, le système OFDM SSCTD/IFDD peut utiliser, de 15 préférence, une simple interpolation linéaire exprimée par l'équation [2] suivante, pour diminuer la complexité lorsque le système est mis en oeuvre, h2k+h2k+2 h2k+ 1= 2 o hk constitue les informations de retour, qui représentent le gain du canal de fréquence. La figure 5 est une courbe représentant des résultats simulés des taux d'erreur sur les bits (BER) du système OFDM SSCTD/IFDD utilisant 25 le procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence de la présente invention et du système OFDM SSCTD/TDD utilisant le procédé de duplexage par répartition temporelle classique. Dans la simulation, un système OFDM utilisant 128 porteuses secondaires a été utilisé. En outre, un modèle de canal COST 259 possédant des fréquences Doppler correspondant aux terminaux 30 avec des vitesses de déplacement respectivement de 0 km/h et 250 km/h, a été introduit de façon à représenter respectivement un canal à trajets multiples invariant dans le temps et un canal à trajets multiples variant dans le temps. Pour vérifier les influences provoquées par les applications d'autres procédés de duplexage, on a supposé que le temps et la fréquence étaient entièrement 35 synchronisés, les informations de retour hk étaient parfaitement estimées et les longueurs des fenêtres d'émission et de réception étaient toutes deux de symboles OFDM. En se référant à la figure 5, avec l'environnement de canal à trajets multiples constant dans le temps, le système OFDM SSCTD/TDD et le 5 système OFDM SSCTD/IFDD représentent des performances de taux d'erreur similaire sur les bits. D'autre part, si un canal utilisé est un canal à trajets multiples variant rapidement dans le temps, le taux d'erreur sur les bits du système OFDM SSCTD/TDD représente des performances diminuant rapidement, tandis que le taux d'erreur sur les bits du système OFDM 10 SSCTD/IFDD représente presque les mêmes performances que celle du taux d'erreur sur les bits dans l'environnement de canal à trajets multiples constant dans le temps. De cette manière, si un système de communication duplex utilisant des informations de retour utilise le procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence (IFDD) de la présente invention, l'extrémité 15 émettrice du système de communications duplex peut rapidement estimer la variation des informations de retour due au canal à trajets multiples variant dans le temps sans perdre de rendement d'émission supplémentaire, supportant ainsi un système de communication duplex robuste dans l'environnement de canal à trajets multiples variant dans le temps. Comme décrit ci-dessus, la présente invention fournit un procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence pour un système de communications duplex, permettant à l'extrémité émettrice du système de communications duplex d'estimer facilement la variation des informations de retour due à la variation des caractéristiques de canal, sans réduire le 25 rendement d'émission dans un environnement de canal à trajets multiples variant dans le temps et pouvant éviter la dégradation des performances du système de communications duplex, due à la variation des caractéristiques du canal. En outre, la présente invention est avantageuse en ce que le 30 procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence de la présente invention peut également s'appliquer à des systèmes de communications duplex typiques utilisant des informations de retour ainsi qu'un système OFDM et peut être utilisé, quels que soient les types d'informations de retour. L'invention n'est nullement limitée aux exemples de réalisation 35 donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence pour un système de communication duplex pour estimer les 5 informations de retour d'un canal de fréquence d'émission en utilisant un canal de fréquence de réception, comprenant les étapes consistant à: - diviser la bande de fréquences du système de communication duplex en une pluralité de canaux de fréquence de façon à garantir la similitude entre les caractéristiques de canal des canaux de] 0 fréquence voisin; et - allouer alternativement des canaux d'émission et de réception aux différents canaux de fréquence. 2. Procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence selon la revendication 1, dans lequel l'estimation des informations 1 5 de retour est exprimée par une fonction dans l'équation (f) suivante: 12k+1 = f(12, 14,...,12k,...,IN) O Ik du terme de droite représente les informations de retour d'un k-ème canal de fréquence et N du terme de gauche représente le nombre de canaux de fréquences réparties. 3. Procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence selon la revendication 1, dans lequel l'estimation des informations de retour est exprimée par une fonction dans l'équation (f) suivante: 12k = f(l1,13,..., 12k+1,...,IN) O Ik du terme de droite représente les informations de retour 25 d'un k-ème canal de fréquence et N du terme de gauche représente le nombre de canaux de fréquences réparties. 4. Procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence selon la revendication 1, dans lequel l'estimation des informations de retour est effectuée en utilisant une interpolation linéaire exprimée par 30 l'équation suivante: h2k+h2k+2 h2k+1 = o hk constitue les informations de retour d'un k-ème canal de 35 fréquence, et représente le gain du canal de fréquence. 5. Procédé de duplexage entrelacé par répartition de fréquence selon la revendication 1, dans lequel le système de communication duplex comporte un système de multiplexage par répartition de fréquence orthogonale.