Brevet FR2856859A1 — publié le 20041231

Il Procédé d'estimation du canal de transmission dans un réseau sans fil, et système de radiocommunication mettant en u̇vre un tel procédé." La présente invention se rapporte à un procédé et un système pour estimer le canal de transmission dans un réseau sans fil doté d'une pluralité d'antennes à l'émission et à la réception. Elle s'applique notamment mais non exclusivement à des réseaux sans fil de deuxième génération bâtie sur le standard iEEE802.11a. Toutefois, l'invention est d'un cadre plus large car elle peut également être appliquée à des réseaux sans fil de type Hiperlan 2. Dans les systèmes de communication pour réseau sans fil, il est nécessaire d'estimer le canal de transmission afin d'obtenir un décodage optimum et tenir compte de nombreux obstacles franchis par les signaux de propagation. D'une façon générale, l'estimation du canal consiste à introduire, en en-tête du signal émit, une séquence d'entraînement normalisée, c'est-à-dire une séquence d'entraînement imposée par le standard du système de radiocommunication utilisé. A la réception, la même séquence d'entraînement normalisée est pré-stockée. Lorsque le signal transmis est reçu, on vérifie la corrélation entre la séquence reçue et la séquence d'entraînement stockée. Le résultat de ce traitement permet d'estimer le canal de transmission de façon conventionnelle. Pour améliorer la robustesse d'un système de radiocommunication, on fait souvent appel à la notion de diversité spatiale, c'est-à-dire au moins plusieurs antennes à l'émission. Le document EP 112 8575 décrit un procédé de transmission dans un système de radiocommunication. Les signaux, ayant subit un codage spatio-temporel, sont simultanément transmis par plusieurs antennes à l'émission. Le canal de transmission entre chaque antenne de transmission et chaque antenne de réception est estimé en utilisant simultanément l'ensemble des séquences d'entraînement émises. Chaque séquence d'entraînement émise est constituée d'une séquence d'entraînement de base à laquelle on ajoute des bits d'extension. Chaque séquence de base possède des propriétés d'inter et d'auto-corrélations périodiques avec toute autre séquence de base.Les fonctions d'inter et d'autocorrélations doivent être nulles sur un intervalle de temps donné. La présente invention a pour but de proposer un nouveau procédé d'estimation du canal dans un système multi-antennaire. Un autre but de l'invention est de proposer une méthode efficace d'estimation du canal dans un système de radiocommunication à codage spatio-temporel. La présente invention a encore pour but de proposer une estimation vectorielle du canal de transmission dans un réseau de communication au standard iEEE802.11a. On atteint au moins l'un des objectifs précités avec un procédé d'estimation d'un canal de transmission dans un réseau sans fil comportant au moins une pluralité d'antennes à l'émission, chaque antenne à l'émission transmettant une séquence d'entraînement différente. Selon l'invention, on pré-détermine les séquences d'entraînement à partir de certaines lignes d'une matrice de Hadamard d'ordre 52. On sait que lorsqu'on transmet des séquences d'entraînement différentes sur plusieurs antennes, elles doivent respecter au moins les trois critères suivants : - orthogonalité entre elles, - minimisation des pics secondaires des fonctions d'auto-corrélation, et - minimisation des pics des fonctions d'intercorrélation. Les matrices de Hadamard sont des matrices constituées de + ou -1 et dont les lignes sont orthogonales entre elles. On détermine donc les séquences d'entraînement de façon à minimiser les pics secondaires de la fonction d'autocorrélation et les pics de la fonction d'intercorrélation. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, une des séquences d'entraînement transmises est une séquence d'entraînement normalisée selon un standard dudit réseau sans fil. Pour les réseaux locaux de type WLAN (Wireless Local Area Network, en langue anglaise), le standard IEEE 802.11a notamment, impose un séquence d'entraînement normalisée de longueur 53. L'élément central étant un zéro, on peut ne pas en tenir compte pour la détermination des séquences d'entraînement, les autres éléments étant des + ou -1. On ramène donc la longueur à 52. De même Hiperlan 2 impose une telle séquence d'entraînement. On détermine alors les autres séquences en : - établissant une matrice H de Hadamard d'ordre 52 sous la forme : . avec les sous-matrices A, B , C, D étant des matrices carrées d'ordre 13 circulantes, selon la méthode de Williamson - modulant les lignes de la matrice H avec la séquence normalisée de façon à obtenir une ligne égale à cette séquence normalisée, - prenant les autres séquences d'entraînement parmi les lignes modulées, et en introduisant un zéro à la position centrale. De préférence on utilise les premières lignes suivantes pour les matrices A, B, C, D : Selon l'invention, la modulation peut consister à multiplier, composant par composant, chaque ligne de la matrice H avec un terme hk*t, avec hk la kième ligne de H et t la séquence d'entraînement normalisée sans le zéro central. En d'autres termes, on désire transformer la matrice H en une matrice G qui vérifie les propriétés suivantes : G est une matrice de Hadamard 52*52, la séquence d'entraînement normalisée, par exemple celle du 802.11a, que l'on note t est notamment la première ligne de G. Pour cela, si on appelle hi la première ligne de H et de façon générale hi la ième ligne de H, on remplace toutes les lignes hi de H par les lignes hi*hl*t où * est le produit composante par composante. Cette première opération transforme H en une matrice qui reste de Hadamard et dont la première ligne est égale à t. Cette matrice est donc la matrice G que l'on recherchait. On détermine les autres séquences de façon à minimiser les pics secondaires de la fonction d'autocorrélation et les pics de la fonction d'intercorrélation entre elles et avec la séquence d'entraînement normalisée. A titre d'exemple, dans le cadre du standard IEEE 802.11a et pour quatre antennes à l'émission et quatre antennes à la réception, les quatre séquences à transmettre peuvent être : La première séquence étant la séquence d'entraînement normalisée, elles sont donc parfaitement compatibles avec le standard IEEE 802.11a. Selon un mode de mise en u̇vre de l'invention, on fait interagir les signaux reçus au sein de chaque antenne de réception avec une séquence d'entraînement prédéterminée et stockée au sein d'au moins un moyen de traitement associé à chaque antenne de réception. La présente invention permet d'obtenir un canal estimé de façon vectorielle. Selon un autre aspect de l'invention , il est proposé un système d'estimation d'un canal de transmission dans un réseau sans fil comportant au moins une pluralité d'antennes à l'émission, chaque antenne à l'émission transmettant une séquence d'entraînement différente. Selon l'invention, le système comprend des moyens pour transmettre respectivement sur chaque antenne d'émission, les séquences d'entraînement pré-déterminées à partir de certaines lignes d'une matrice de Hadamard d'ordre 52. Le système peut en outre comprendre des moyens pour transmettre, via une antenne d'émission, une séquence d'entraînement normalisée selon un standard dudit réseau sans fil. Avantageusement, il peut aussi comprendre au moins un moyen de traitement associé à chaque antenne de réception pour faire interagir les signaux reçus au sein de chaque antenne de réception avec une séquence d'entraînement prédéterminée et stockée au sein dudit moyen de traitement. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est un schéma illustrant des moyens d'émission et des moyens de réception selon l'invention, et - les figures 2a, 2b, 2c et 2d sont des graphes des fonctions d'auto et d'inter-corrélation entre les séquences d'entraînements. Bien que l'invention n'y soit pas limitée, on va maintenant décrire un système selon l'invention appliqué au standard iEEE802.11a. Sur la figure 1 est représentée un système pour estimer le canal de transmission selon l'invention. On distingue, à l'émission, un module de codage spatiotemporel apte à émettre simultanément sur quatre antennes 6,7,8 et 9. D'une façon générale, certains signaux émis sont destinés à l'estimation du canal. Ces signaux comprennent à leur en-tête une séquence d'entraînement. Dans le standard iEEE802.11a, la séquence d'entraînement est normalisée et connue de tous. Sur la figure 1, cette séquence d'entraînement normalisée SI est introduit par le module 2 dans l'en-tête du signal destiné à l'estimation du canal. La séquence d'entraînement normalisé SI est également sauvegardée à la réception dans un module 14 prévu pour l'estimation du canal. Selon l'invention, trois autres séquences d'entraînement S2, S3 et S4 sont pré-déterminées. Ces séquences sont à introduire en même temps que la séquence SI dans l'en-tête de chaque signal devant être émit respectivement par les antennes 7, 8 et 9. Les modules 3, 4 et 5 sont prévus pour introduire dans l'en-tête de chaque signal destiné à l'estimation du canal, les séquences d'entraînement S2, S3 et S4. A la réception, il est également disposé quatre antennes 10, 11, 12 et 13. Chaque antenne reçoit l'ensemble des séquences d'entraînement émit, ces séquences étant considérablement brouillées par le canal. Chaque antenne de réception est reliée à un module de traitement 14, 15, 16 et 17 dans lequel est respectivement stockée la séquence Sl, S2, S3 et S4. Chaque module comprend des moyens pour réaliser une opération de corrélation entre la séquence d'entraînement stockée et la séquence d'entraînement brouillée reçues par les antennes de réception. Les opérations de corrélation permettent d'isoler la séquence d'entraînement correspondante. Les résultats générés par les modules 14, 15, 16 et 17 sont ensuite introduits dans un module 18 pour une estimation vectorielle du canal de transmission.Lorsque le canal est estimé, on peut alors réaliser le décodage spatio-temporel des signaux d'informations reçues au sein du module 19. Avec le système selon l'invention présentant quatre antennes à l'émission et quatre antennes en réception, on tire pleinement profit de l'effet de diversité 16 ainsi créé. Le fait de disposer quatre antennes, impliquent quatre séquences d'entraînement pour estimer correctement une matrice du canal. Les trois séquences d'entraînement S2, S3 et S4 sont orthogonales à la séquence d'entraînement normalisée de l'iEEE802.11a et minimisent les piques secondaires des fonctions d'auto corrélations et les piques des fonctions d'inter corrélations entre elles et avec la séquence d'entraînement normalisée. La séquence normalisée est émise sur la première antenne, alors que les trois autres séquences servent à l'estimation du canal sur les trois autres antennes. On rappelle que selon le standard iEEE802.11a, la séquence d'entraînement normalisée comporte 53 éléments : 52 éléments égal à + ou -1 et un élément 0 disposé à la position centrale (la 27eme position) . Les autres séquences d'entraînement sont d'abord déterminées pour une longueur de 52 (des éléments à + ou -1), puis on introduit un zéro à la position centrale. Les séquences suivantes ont été utilisées : La première séquence d'entraînement, celle du standard IEEE802.11a, est transmise sur la première antenne et sert à réaliser la synchronisation du système ainsi que l'estimation du canal sur la première antenne. Sur les figures 2a, 2b, 2c et 2d sont représentées des graphes d'inter et d'auto corrélations entre les séquences d'entraînement. La figure 2A correspond aux fonctions d'inter et d'auto corrélations de la séquence d'entraînement 1 avec les autres séquences d'entraînement. On vérifie bien que le pique centrale d'auto corrélation est maximum, alors que les piques secondaires sont faibles. Pour les fonctions d'inter corrélations, l'ensemble des piques sont faibles. La figure 2b correspond à la séquence d'entraînement 2. La figure 2c correspond à la séquence d'entraînement 3. La figure 2d correspond à la séquence d'entraînement 4. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention, en effet on peut envisager, un système doté de plusieurs antennes à l'émission et d'une unique antenne à la réception. Les signaux émanant de l'unique antenne de réception sont ensuite dispatchés vers plusieurs modules pour une opération de corrélation avec différentes séquences d'entraînement prédéterminées. La présente invention peut également s'appliquer à l'identification du dispositif émetteur. Pour ce faire, à la réception on stocke au moins une séquence d'entraînement pré-déterminée S5, cette séquence d'entraînement étant spécifique à un appareil émetteur donné.En communication, si la fonction de corrélation entre S5 et le signal d'une séquence d'entraînement reçue est positive, on peut alors identifier l'appareil émetteur. REVENDICATIONS 1. Procédé d'estimation d'un canal de transmission dans un réseau sans fil comportant au moins une pluralité d'antennes à l'émission, chaque antenne à l'émission transmettant une séquence d'entraînement différente, caractérisé en ce qu'on pré-détermine les séquences d'entraînement à partir de certaines lignes d'une matrice de Hadamard d'ordre 52. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une des séquences d'entraînement transmises étant une séquence d'entraînement normalisée selon un standard dudit réseau sans fil, on détermine les autres séquences : - en établissant une matrice H de Hadamard d'ordre 52 sous la forme : avec les sous-matrices A, B , C, D étant des matrices carrées d'ordre 13 circulantes, - en modulant les lignes de la matrice H avec la séquence normalisée de façon à obtenir une ligne égale à cette séquence normalisée, - en prenant les autres séquences d'entraînement parmi les lignes modulées, et en introduisant un zéro à la position centrale. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise les premières lignes suivantes pour les matrices A, B, C, D : 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la modulation consiste à multiplier, composant par composant, chaque ligne de la matrice H avec un terme hk*t, avec hk la kième ligne de H et t la séquence d'entraînement normalisée sans le zéro central. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'on détermine les autres séquences d'entraînement de façon à minimiser les pics secondaires de la fonction d'autocorrélation et les pics de la fonction d'intercorrélation. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le cadre du standard IEEE 802 . 11a et pour quatre antennes à l'émission et quatre antennes à la réception, les quatre séquences à transmettre sont : la séquence d'entraînement normalisée. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on fait interagir les signaux reçus au sein de chaque antenne de réception avec une séquence d'entraînement prédéterminée et stockée au sein d'au moins un moyen de traitement associé à chaque antenne de réception. 8 . Système d'estimation d'un canal de transmission dans un réseau sans fil comportant au moins une pluralité d'antennes à l'émission, chaque antenne à l'émission transmettant une séquence d'entraînement différente, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour transmettre respectivement sur chaque antenne d'émission, les autres séquences d'entraînement pré-déterminées à partir de certaines lignes d'une matrice de Hadamard d'ordre 52. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour transmettre, via une antenne d'émission, une séquence d'entraînement normalisée selon un standard dudit réseau sans fil. 10. Système selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen de traitement associé à chaque antenne de réception pour faire interagir les signaux reçus au sein de chaque antenne de réception avec une séquence d'entraînement prédéterminée et stockée au sein dudit moyen de traitement.