Brevet FR2840133A1 — publié le 20031128

chacun sous l'eau. La presente invention concerne un procede et un dispositif d'estimation amelioree de la fonction de transfert d'un canal de transmission va riable pour la transmission d'un signal multiporteuse. Dans le cadre notamment de la transmission par vole hertzienne, il est couramment fait appel a des techniques de modulation permettant ['emission de signaux dits multiporteuses qui permettent la transmission d'information par mul tiplexage de porteuses de frequences differentes. Par exemple, selon les techniques de modulation designees OFDM ou COFDM (en anglais: orthogonal frequency division multiplexing ou coded OFDM) qui correspondent a une transmission par multiplexage orthogonal par division en frequence, des donnees binaires vent transmises par modulation sur des porteuses de frequences differentes. Par exemple, dans le cadre de ['application de la modulation OFDM ou COFDM a la transmission d'informations de television numerique, la bande pas sante utilisable peut etre de l'ordre de 8 MHz et un espacement entre chaque porteuse de 1 kHz permet l'utilisation de plus 8000 porteuses de frequences dif ferentes. Ces signaux vent ensuite decoupes dans le temps en blocs designee symboles dont la duree permet d'emettre une periode de la frequence porteuse la plus falble, afin d'etre transmis par vole hertzienne. La transmission hertzienne genere des irregularites de propagation du fait, entre autre, de reflexions et d'echos induits par l'environnement et par l'utilisation d'une pluralite d'emetteurs. Cette transmission se traduit done par la modification de ['amplitude et de la phase de chaque porteuse du signal transmis. Pour permettre de modeliser ces modifications, on definit le canal de transmission sous la forme d'une fonction de transfert, de sorte que le signal re,cu correspond au signal emis transforme par cette fonction de transfert et auquel s'ajoute du bruit. Afin de corriger ['influence de la transmission par vole hertzienne, on introduit, dans le signal emis, des porteuses de reference ou pilote$, dont la connaissance permet, au niveau du recepteur, d'estimer les modifications subies par le signal du fait de la transmission et done d'estimer la fonction de transfert du canal de transmission. - 2 Afin d'effectuer cette estimation, les procedes et dispositifs existants vent bases sur des hypotheses de variations lenses et continues du canal de transmission, de sorte qu'il est possible d'utiliser plusieurs estimations de canal consecutives pour discriminer la fonction de transfert du canal de transmission du bruit independent de ce canal. Cependant, dans le cas d'un canal de transmission variable dont les modifications vent rapides eVou discontinues, ces hypotheses ne peuvent s'appliquer. Notamment, pour ['application a la reception en mobilite ou lors de la presence d'elements mobiles a proximite des antennes de reception et induisant des receptions variables (ind ivid us, veh icu les), I' util isation des procedes et d is po- sitifs existants se traduit par des estimations erronees de la fonction de transfert du canal, lesquelles se traduisent par des corrections non appropriees provo- quant des pertes de signal. L'objectif de ['invention est de resoudre ce probleme en definissant un procede et un dispositif d'estimation amelioree de la fonction de transfert d'un canal de transmission variable. La presente invention a done pour objet un procede d'estimation de la fonction de transfert d'un canal de transmission variable d'un signal multiporteuse comportant une pluralite d'informations connues de references designees pilotes, ledit procede etant realise a partir d'un signal numerique frequentiel corres pondant au signal re,cu, numerise, synchronise et transforme d'une base tempo relle vers une base frequentielle, comportant une etape de calcul de la valeur d'une premiere fonction de transfert estimee du canal de transmission a partir de pilotes contenus dans ledit signal numerique frequentiel, caracterise en ce qu'il comporte en outre: - une etape de calcul de la valeur de la fonction d'autocorrelation de ladite premiere fonction de transfert estimee permettant de separer la contri bution du bruit; - une etape de determination d'un filtre de debruitage a partir de ladite fonction d'autocorrelation; et - une etape d'application de ce filtre de debruitage a ladite pre miere fonction de transfert estimee afin de delivrer une seconde fonction de transfert estimee et debruitee du canal de transmission. Selon d'autres caracteristiques de ce procede: - il est mis en ceuvre periodiquement; - il est mis en osuvre en continu; et - ladite etape de calcul d'une premiere fonction de transfert estimee comporte une sousetape de calcul des modifications subies par les pilotes pour definir la valeur de la fonction de transfert du canal de transmission pour ces por teuses et une sous-etape d'interpolation entre ces valeurs afin de delivrer ladite premiere fonction de transfert estimee. L'invention porte egalement sur un procede de reception d'un signal multiporteuse, caracterise en ce qu'il comporte un procede d'estimation de la fonction de transfert du canal de transmission audit signal multiporteuse tel que decrit precedemment et il comporte en outre une etape de compensation des modifications subies par ledit signal multiporteuse lors de la transmission, a ['aide de ladite seconde fonction de transfert estimee et debruitee afin de delivrer des donnees estimees. Selon d'autres caracteristiques de ce procede de reception: - il comporte une pluralite d'etapes prealables de traitement du signal re,cu afin de delivrer ledit signal numerique frequentiel; et - ledit signal multiporteuse est un signal de television numerique mo dule par multiplexage orthogonal par division en frequence. L'invention porte egalement sur un dispositif d'estimation de la fonction de transfert d'un canal de transmission variable d'un signal multiporteuse com portant une pluralite dtinformations connues de references designees pilotes, le dit dispositif recevant en entree un signal numerique frequentiel correspondent au signal recu numerise, synchronise et transforme d'une base temporelle vers une base frequentielle, comportant un module de calcul de la valeur d'une premiere fonction de transfert estimee du canal de transmission a partir des pilotes conte nus dans ledit signal numerique frequentiel, caracterise en ce qu'il comporte en outre: un module de calcul de la valeur de la fonction d'autocorrelation de ladite premiere fonction de transfert estimee permettant de separer la contri bution du bruit; - un module de determination d'un filtre de debruitage a partir de ladite fonction d'autocorrelation; et - un module d'application de ce filtre de debruitage a ladite pre miere fonction de transfert estimee afin de delivrer une seconde fonction de transfert estimee et debruitee du canal de transmission. Selon d'autres caracteristiques de ce dispositif: - il est adapte pour fonctionner periodiquement; et - il est adapte pour fonctionner en continu. L'invention porte egalement sur une unite de reception d'un signal mul tiporteuse, caracterise en ce qu'elle comporte un dispositif d'estimation de la fonction de transfert du canal de transmission tel que defini precedemment et en ce qu'elle comporte en outre un module de compensation de ['influence du canal de transmission afin de modifier ledit signal numerique frequentiel en fonction de ladite seconde fonction de transfert estimee et debruitee, pour delivrer des don nees estimees. Selon d'autres caracteristiques de cette unite: - elle comporte en outre une chane de pretraitement adaptee pour re cevoir ledit signal multiporteuse et pour delivrer ledit signal numerique frequen tiel; - elle est adaptee pour la reception de signaux de television numerique modules par multiplexage orthogonal en division de frequence; et - elle est mobile. L'invention porte egalement sur un programme d'ordinateur, caracteri se en ce qu'il comporte des instructions de code de programme pour ['execution des etapes du procede tel que defini precedemment, lorsque ledit programme est execute sur un ordinateur. L'invention porte enfin sur un composant programme, caracterise en ce qu'il comporte une configuration logique dediee a ['execution des etapes du procede tel que defini precedemment. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui va suivre, donnee uniquement a titre d'exemple et faite en se referent aux dessins annexes, sur lesquels: - la Fig.1 represente un organigramme du procede de ['invention; et - la Fig.2 represente un schema fonctionnel d'un dispositif d'estimation de la fonction de transfert d'un canal de transmission selon ['invention. Sur la figure 1, on a represente un organigramme du procede de ['invention. Ce procede debute par une etape 2 de transmission par vole hert zienne d'un signal multiporteuse identifie par la lettre A. Par exemple, ce signal A correspond a un signal de television numeri que module par multiplexage orthogonal par division en frequence (OFDM). Ce signal transmis A comporte une pluralite d'informations connues de reference designees pilotes. Par exemple, dans le cas de la transmission d'un signal OFDM, une porteuse sur douze est une porteuse de reference designee porteuse pilote. Le procede comporte ensuite une etape 4 de reception d'un signal Y correspondent au signal transmis et modifie par le canal de transmission. Cette etape 4 de reception comporte une pluralite de sous-etapes de traitement liees a la nature du signal. Dans l'exemple de la transmission d'un signal numerique par vole hert zienne en modulation OFDM, cette etape de reception comporte par exemple une sous-etape de conversion du signal analogique en un signal numerique, une sous-etape de transposition en bande de base, une sous-etape de filtrage et d'amplification, une sous-etape de synchronisation et une sous-etape de trans formation d' u ne base temporel le vers u ne base frequ entielle. Cette derriere sous-etape correspond a une transformation du signal numerique temporel en une representation frequentielle de ce dernier, realisee par exemple a ['aide d'une Transformee du Fourier Rapide (FFT). Ces sous-etapes vent des sous-etapes classiques de procedes de re ception d'un signal multiporteuse et peuvent etre agencees dans des ordres diffe rents ou comprendre d'autres sous-etapes en fonction de la nature du signal transmis. A ['issue de cette etape 4 de reception, le signal Y delivre est done un signal numerique frequentiel traduisant la repartition de l'energie dans le signal re,cu en fonction de la frequence. En considerant la fonction de transfert reelle du canal de transmission que l'on nomme C, il appara^'t que le signal re,cu Y est egal au signal transmis A modifie par la fonction de transfert du canal de transmission et auquel vient se rajouter du bruit designe B. Ainsi on obtient: Y = C.A + B Ce bruit B resulte du bruit inherent aux perturbations du canal de transmission ainsi qu'aux premiers elements de la chane de reception, tels que par exemple le dispositif de tuner ou d'amplificateur. Le procede comporte ensuite une etape 6 de calcul de la valeur d'une premiere fonction de transfert estimee C1 du canal de transmission realisee de maniere classique. Lors de cette etape 6, la presence dans le signal re,cu des porteuses pilotes permet de realiser une sous-etape de calcul des modifications subies par ces porteuses par le rapport entre le signal re,cu Y et le signal transmis A pour celles-ci. II appara^'t done que, pour les porteuses pilotes, on a la valeur de la fonction de transfert C1 p avec C1 P = A = C + A. Par interpolation entre les valeurs de ces rapports C1p pour les por teuses pilotes, on delivre la premiere fonction de transfert estimee C1 du canal de transmission. Le procede comporte ensuite une etape 8 de calcul de la valeur de la fonction d'autocorrelation de la premiere fonction de transfert estimee C1. En effet, I'hypothese d'un canal de transmission variable implique des variations dans le temps de la fonction de transfert du canal de transmission. Cette fonction d'autocorrelation designee par R(C1), est calculee de maniere classique et permet de separer la contribution du bruit de la fonction de transfert du canal. Cette fonction d'autocorrelation R(C1) est utilisee lors d'une etape 10 pour determiner un filtre de debruitage designe F. L'obtention d'un filtre de debruitage a partir de la fonction d'autocorrelation est realisee selon une technique connue de l'etat de l'art dont on trouve un exemple connu sous le nom de filtres de Wiener decrits pages 446 a 453, du livre ,, par Athanasios Papoulis. Bien entendu, d'autres filtres que les filtres de Wiener peuvent etre uti lises pour determiner un filtre de debruitage a partir de la fonction d'autocorrelation R(C1). Lors d'une etape 12, ce filtre de debruitage F est applique, par exem ple par un calcul de produit de convolution, a la premiere fonction de transfert estimee C1 du canal de transmission, de sorte que l'on obtient une seconde fonc tion de transfert estimee et debruitee C2 du canal de transmission. Ainsi, C2 = F*C1. Par la suite, lors d'une etape 14, cette seconde fonction de transfert estimee et debruitee C2 est utilisee pour corriger le signal re,cu afin d'obtenir une estimation A1 des donnees transmises, de sorte que: A1 C2 Dans le cas d'un canal de transmission variable, il convient de mettre en ceuvre ce procede periodiquement et avantageusement, de ['executer en continu sur des fenetres temporelles de traitement dont la duree correspond par exemple a la duree d'un symbole OFDM. Dans le cas ou il est mis en ceuvre periodiquement, il convient de defi nir une periode de fonctionnement au cours de laquelle les variations du canal de transmission peuvent etre considerees comme lenses et continues. Le procede decrit peut etre mis en couvre par exemple par un pro gramme d'ordinateur ou par un composant programmable dont la configuration logique a ete specialement modifiee pour permettre sa realisation. Ce programme peut egaiement etre memorise dans une memoire non volatile afin d'etre execute sur une requete emanant d'un microcontroleur ou d'un microprocesseur, tel que par exemple un microcontroleur ou un microprocesseur integre dans un decodeur de signaux de television numerique. Sur la figure 2, on a represente une unite de reception comportant un dispositif d'estimation de la fonction de transfert selon ['invention. Sur cette figure, on a represente un emetteur 20 tel qu'un emetteur hertzien pour un signal de television numerique A module en OFDM et transmis par le canal de transmission modelise par la fonction de transfert C. Le signal est re,cu par ['unite de reception 22 a ['aide de l'antenne 24. Le signal re,cu est ensuite injecte dans une chane de pretraitement 26 qui comporte par exemple un convertisseur analogique-numerique 27, un module de synchronisation 28 et un module 29 de transformation d'une base temporelle vers une base frequentielle a ['aide d'une transformee de Fourier rapide FFT, ce module 29 mettant en ceuvre ltetape 4 du procede decrit precedemment. La chane de pretraitement 26 est reliee en sortie a un module 30 de calcul d'une premiere fonction de transfert estimee mettant en oeuvre l'etape 6 du procede. Ce module 30 est relic en sortie a un module 32 de calcul de la valeur de la fonction d'autocorrelation, lequel est relic en sortie a un module 34 de de termination d'un filtre de debruitage. Ces modules mettent en couvre respectivement les etapes 8 et 10 du procede de ['invention. Le dispositif 30 d'estimation de la fonction de transfert comporte en suite un module 36 d'application du filtre de debruitage determine par le module 34, a la fonction de transfert estimee calculee par le module 31, afin de mettre en oeuvre l'etape 12 du procede et de delivrer une seconde fonction de transfert es timee debruitee. L'unite de reception 22 comprend ensuite un module 38 de retard abn de retarder le signal delivre par la chane de pretraitement 26 pendant la duree de ['estimation de la seconde fonction de transfert de canal debruitee. L'unite 22 comprend enfin un module 40 de compensation mettant en couvre l'etape 14 du procede et permettant de compenser dans le signal re,cu retarde, les modifica tions dues au canal de transmission grace a la seconde fonction de transfert de canal debruitee C2. Ainsi en fonctionnement, le signal A est transmis par l'emetteur 20 au travers du canal de transmission C afin d'etre re,cu par l'antenne 24. Le signal re,cu est numerise, synchronise et transforme d'une base temporelle vers une base frequentielle dans la chane de pretraitement 26 afin de delivrer le signal numerique frequentiel Y correspondent. Ce signal Y est i nsere d ans le d ispositif 30 d' estimation de la fonction de transfert. Le module 31 effectue alors une determination des modifications inter venues sur les porteuses pilotes et, par interpolation delivre la premiere fonction de transfert estimee C1 du canal de transmission. Cette fonction de transfert es timee C1 est injectee dans le module 32 qui calcule la fonction d'autocorrelation designee R(C1). A ['aide de cette derriere, le module 34 de determination de filtre de termine, par exemple en utilisant des equations de filtrage de Wiener, le filtre de debruitage F. Le module 36 applique alors ce filtre F a la premiere fonction de trans fert estimee C1 afin de delivrer la seconde fonction de transfert estimee et debrui tee C2. En parallele au calcul d'estimation de la fonction de transfert, le signal numerique frequentiel Y est introduit dans le module de retard 38, puis le signal Y retarde est introduit dans le module 40 qui traite ce signal en fonction de la se conde fonction de transfert estimee et debruitee C2 afn de delivrer les donnees estimees A1. Par la suite, dans le cadre de la reception d'un signal de television numerique, ces donnees estimees A1 vent decodees puis restituees. II appara^t done que le dispositif d'estimation de la fonction de transfert d'un canal de transmission selon ['invention permet d'effectuer le calcul de la fonction de transfert estimee debruitee de ce canal de transmission pour un canal de transmission variable. Notamment, un tel dispositif est particulierement adaptd a une utilisa tion dans une unite de reception mobile. Par exemple, une telle unite de reception est integree dans un combi ne mobile de reception de signaux de television numerique terrestre. Par ailleurs, dans le cas d'une reception en diversite presentant une pluralite de canaux de transmission et de chanes de reception correspondantes, chaque chane de rgception peut etre equipee d'un dispositif selon ['invention, toutes les donnees estimees etant par la suite traitees par un decodeur a entrees ponderees selon des methodes classiques de reception en diversite. REVENDICATIONS 1. Procede d'estimation de la fonction de transfert d'un canal de transmission variable d'un signal multiporteuse (A) comportant une pluralite dtinformations con nues de references design ees pilotes, led it proced e etant reali se a partir d'un signal numerique frequentiel (Y) correspondent au signal recu, numerise, synchronise et transforme d'une base temporelle vers une base fre- quentielle, comportant une etape (6) de calcul de la vaieur d'une premiere fonc- tion de transfert estimee (C1) du canal de transmission a partir de pilotes conte- nus dans ledit signal numerique frequentiel (Y), caracterise en ce qu'il comporte enoutre: - une etape (8) de calcul de la valeur de la fonction d'autocorrelation (R(C1)) de ladite premiere fonction de transfert estimee (C1) permettant de sepa- rer la contribution du bruit; - une etape (10) de determination d'un filtre de debruitage (F) a partir de ladite fonction d'autocorrelation (R(C1)); et - une etape (12) d'application de ce filtre de debruitage (F) a ladite premiere fonction de transfert estimee (C1) afin de delivrer une seconde fonction de transfert estimee et debruitee (C2) du canal de transmission. 2. Procede selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il est mis en aeuvre periodiquement. 3. Procede selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il est mis en ceuvre en continu. 4. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caracteri- se en ce que ladite etape (6) de calcul d'une premiere fonction de transfert esti mee (C1) comporte une sous-etape de calcul des modifications subies par les pilotes pour definir la valeur de la fonction de transfert du canal de transmission pour ces porteuses (C1 p) et une sous-etape d'interpolation entre ces valeurs afin de delivrer ladite premiere fonction de transfert estimee (C1). 5. Procede de reception d'un signal multiporteuse, caracterise en ce qu'il comporte un procede d'estimation de la fonction de transfert du canal de transmission audit signal multiporteuse selon l'une quelconque des revendica- tions 1 a 4 et en ce qu'il comporte en outre une etape (14) de compensation des modifications subies par ledit signal multiporteuse lors de la transmission, a ['aide de ladite seconde fonction de transfert estimee et debruitee (C2) afin de delivrer des donnees estimees (A1). 6. Procede de reception d'un signal multiporteuse selon la revendica tion 5, caracterise en ce qu'il comporte une pluraiite d'etapes prealables de trai tement du signal re,cu afin de delivrer ledit signal numerique frequentiel (Y). 7. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, caracteri se en ce que ledit signal multiporteuse est un signal de television numerique mo dule par multiplexage orthogonal par division en frequence (OFDM). 8. Dispositif d'estimation de la fonction de transfert d'un canal de transmission variable d'un signal multiporteuse (A) comportant une pluralite dtinformations connues de references designees pilotes, ledit dispositif (30) rece vant en entree un signal numerique frequentiel (Y) correspondent au signal re,cu numerise, synchronise et transforme d'une base temporelle vers une base fre quentielle, comportant un module (31) de calcul de la valeur d'une premiere fonc tion de transfert estimee (C1) du canal de transmission a partir des pilotes conte nus dans ledit signal numerique frequentiel (Y), caracterise en ce qu'il comporte en outre: - un module (32) de calcul de la valeur de la fonction d'autocorrelation (R(C1)) de iadite premiere fonction de transfert estimee (C1) permettant de sepa rer la contribution du bruit; - un module de determination (34) d'un filtre de debruitage (F) a partir de ladite fonction d'autocorrelation (R(C1)); et - un module (36) d'application de ce filtre de debruitage (F) a ladite premiere fonction de transfert estimee (C1) afin de delivrer une seconde fonction de transfert estimee et debruitee (C2) du canal de transmission. 9. Dispositif selon la revendication 8, caracterise en ce qu'il est adapte pour fonctionner periodiquement. 10. Dispositif selon la revendication 8, caracterise en ce qutil est adap te pour fonctionner en continu. 11. Unite de reception d'un signal multiporteuse, caracterise en ce qu'elle comporte un dispositif (30) d'estimation de la fonction de transfert du ca nal de transmission selon l'une quelconque des revendications 8 a 10 et en ce qu'elle comporte en outre un module (40) de compensation de ['influence du ca nal de transmission afin de modifier ledit signal numerique frequentiel (Y) en fonction de ladite seconde fonction de transfert estimee et debruitee (C2), pour delivrer des donnees estimees (A1). 12. Unite de reception selon la revendication 11, caracterise en ce qu'elle comporte en outre une chane de pretraitement (36) adaptee pour recevoir led it signal multiporteuse et pour delivrer ledit signal numerique frequentiel (Y). 13. Unite de reception selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caracterise en ce qu'elle est adaptee pour la reception de signaux de tele- vision numerique modules par multiplexage orthogonal en division de frequence (OFDM). 14. Unite de reception selon l'une quelconque des revendications 11 a 13, caracterise en ce qu'elle est mobile. 15. Programme d'ordinateur, caracterise en ce qu'il comporte des ins- tructions de code de programme pour ['execution des etapes du procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 8, lorsque ledit programme est execute sur un ordinateur; 16. Composant programme, caracterise en ce qu'il comporte une configuration logique dediee a ['execution des etapes du procede selon i'une