Brevet FR2857180A1 — publié le 20050107

PROCEDE DE RECONSTRUCTION ITERATIVE DU BRUIT DE SATURATION SUR TRANSMISSION MULTIPORTEUSE CODEE: TURBO-DAR La présente invention se rapporte au domaine du 5 traitement du signal pour les communications. La présente invention se rapporte plus particulièrement à un procédé consistant à reconstruire de façon itérative le bruit de saturation sur les transmissions multi-porteuses codées. L'invention concerne également un système pour la mise en oeuvre du procédé. L'innovation réside dans l'utilisation, à la réception des a priori induits par le codage canal au sein de la procédure de reconstruction itérative des saturations. Cette approche s'applique tout particulièrement aux systèmes OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Le procédé selon l'invention permet d'améliorer les performances d'un récepteur construit sur la concaténation d'un système DAR (Data Aided Reconstruction) classique et d'un décodeur correcteur d'erreurs, tant en taux d'erreur binaire qu'en rapidité de convergence. L'art antérieur connaît déjà, par le brevet américain US 5 510 743 (Panasonic), un appareil et un procédé de reconstruction d'un signal. Un circuit qui reconstruit des portions d'un signal d'entrée perdues à cause des distorsions de clipping comprend un comparateur qui localise les portions du signal d'entrée qui ont été atteintes par les distorsions de clipping et génère un signal constitué d'impulsions, où chaque impulsion correspond à une portion du signal d'entrée atteinte par les distorsions. Ce signal constitué d'impulsions est utilisé pour générer des impulsions paraboliques qui représentent une approximation du signal d'entrée sans les distorsions. Un circuit génère les signaux d'impulsions en commandant un oscillateur pour produire un train d'impulsions paraboliques qui varie en fréquence et en amplitude pour réaliser la correspondance avec chaque impulsion du signal d'impulsions et ensuite sélectionner une des impulsions paraboliques pour chaque impulsion du signal d'impulsions. Un autre circuit génère les impulsions paraboliques en intégrant de façon double les impulsions du signal d'impulsions. Ce document présente un procédé de reconstruction de signal, mais ne permet pas d'atteindre les mêmes performances que la présente invention. Les principes ainsi que les domaines d'application de l'invention décrite dans ce document sont très différents de ceux de la présente invention. L'art antérieur connaît également, par le brevet américain US 5 924 980 (Siemens), un procédé et un appareil pour réduire de façon adaptative le niveau de bruit dans un signal après acquisition. Un procédé et un appareil de filtrage adaptatif pour réduire le niveau de bruit de la composante non désirée dans un signal physiologique. Le signal physiologique acquis est appliqué à une entrée du filtre adaptatif et un signal de référence synthétique qui est modélisé de façon à faire ressortir une corrélation avec la composante de signal désiré est appliqué à une autre entrée du filtre adaptatif. Ensuite, le filtre adaptatif ajuste de façon itérative le signal synthétique modélisé de référence de façon à générer de manière progressive une approximation plus exacte de la composante de signal désiré du filtre adaptatif, cette approximation devenant une reconstruction du signal physiologique acquis dans lequel le niveau de la composante de bruit non désirée est réduit. 2857180 3 Le procédé décrit dans ce document fait clairement partie de l'arrière-plan technologique de la présente invention. Il est proposé, dans la demande de brevet américain US 2002/0156821 (Caron James Norbert), un procédé de traitement du signal utilisant un algorithme de reconstruction de données auto-convolutif. Cet algorithme de traitement du signal réalise un filtrage des données dégradées au moyen d'opérations mathématiques. Le filtre peut ensuite être utilisé pour reconstruire une grande partie du contenu dégradé des données grâce à l'utilisation d'un algorithme de déconvolution. Ce processus peut être réalisé sans connaissance a priori du système de détection, une technique connue comme la déconvolution aveugle. Le processus d'extraction, désigné comme Algorithme autoconvolutif de reconstruction de données (Self- deconvolving Data Reconstruction Algorithm ou SeDDaRA) a été utilisé avec succès pour reconstruire des images numérisées, des ondes acoustiques numérisées et d'autres formes de données. Le processus est non-itératif, efficace au niveau des calculs et n'exige que peu d'intervention de l'utilisateur. L'implantation permet d'inclure l'algorithme dans tous types de matériels et logiciels de traitement du signal. Le procédé décrit dans ce document étant non itératif, il reste éloigné de la présente invention. L'art antérieur connaît également, par la demande de brevet américain US 2003/0043892 (Alcatel), un procédé pour égaliser un signal reçu ainsi que sur un récepteur et une station réceptrice pour la mise en oeuvre du procédé. Dans de nombreux systèmes de télécommunications, des signaux de message qui comprennent une séquence de bits d'échantillonnage prédéfinie (séquence d'apprentissage) sont transmis afin d'améliorer le traitement du signal dans 2857180 4 le récepteur, en particulier pour l'égalisation. Dans ce but, sur la base d'une séquence de bits d'échantillonnage, la réponse impulsionnelle est déterminée au moyen d'un procédé itératif. Etendre la séquence de bits d'échantillonnage par ces bits qui résultent de la reconstruction du signal transmis est connu. On propose dans ce document de synchroniser l'étape d'égalisation avec le signal reçu, en utilisant au moins la seconde réponse impulsionnelle qui est déterminée en utilisant la séquence de bits d'échantillonnage étendue. Dans ce but, le récepteur comprend des moyens de synchronisation adaptés. Ainsi, l'égalisation est précisément adaptée à la voie temporelle de la réponse impulsionnelle, de sorte que l'égalisation du signal reçu est améliorée de façon significative. Lors des tests, des améliorations du rapport signal sur bruit d'environ 0.5 dB ont été atteints. De préférence, pour l'estimation de canal itérative, la séquence de bits d'échantillonnage étendue est divisée en deux parties ou plus dans le cas de variations rapides du canal comme celles que l'on trouve dans les systèmes de communications mobiles. Le procédé décrit dans ce document s'applique au domaine des télécommunications, mais n'est pas particulièrement adapté aux systèmes du type OFDM: il ne permet donc pas d'atteindre le même résultat que la présente invention. De plus, l'invention qui fait l'objet de la présente demande de brevet n'utilise pas de séquence d'apprentissage pour la reconstruction des saturations. Le phénomène de saturation lié à l'amplificateur (Clipping effect) est un des inconvénients majeurs des technologies multi-porteuses qui sont pourtant proposées dans de nombreuses applications (OFDM, TNT, Réseaux Locaux ou métropolitains sans fils...) 2857180 5 Le but de la présente invention est de permettre une reconstruction itérative des erreurs de saturation liées à l'amplification sur les transmissions multiporteuses codées par un code correcteur d'erreur (codage de canal). Cette reconstruction opère de façon itérative par utilisation d'un algorithme de décodage à entrée souple et sortie décidée combinées à une prise de décision. Le document de l'art antérieur le plus proche est sans doute l'article Clipping Noise Mitigation for OFDM by Decision-Aided Reconstruction (IEEE Communications Letters, Vol 3, No 1, January 1999 D. Kim et G. L. Stüber). La principale différence entre le procédé présenté dans cet article et la présente invention est l'exploitation de façon itérative du décodeur de canal améliorant grandement les performances de la reconstruction. A cet effet, l'invention concerne, dans son acception la plus générale, un procédé de traitement du signal consistant à reconstruire les erreurs de saturation liées à l'amplification sur un signal codé par un code correcteur d'erreur (codage de canal) caractérisé en ce que la reconstruction est réalisée de façon itérative, prend en compte les a priori induits par le codage canal et met en oeuvre un algorithme de décodage à entrée souple et sortie décidée combinées à une prise de décision, cette décision étant relative à la présence éventuelle de saturation et déclenchant ou non la reconstruction. De préférence, le procédé est mis en oeuvre sur des canaux sélectifs en fréquence. De préférence également, le procédé est mis en oeuvre sur une transmission multi-porteuses. Avantageusement, le procédé est mis en oeuvre sur un signal de type OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé comporte 5 en outre une étape d'égalisation. Avantageusement, la transmission du signal est conforme à une des normes suivantes: ADSL, HiperLAN, Digital Video Broadcasting, HiperMAN, IEEE 802. 11a, IEEE 802.11g ou IEEE 802.16a&b. L'invention se rapporte également à un système pour la mise en oeuvre du procédé comprenant au moins un récepteur et un module de décodage. Avantageusement, le système comprend en outre un 15 bloc d'égalisation. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ciaprès à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées: É la figure 1 représente un schéma de principe d'un mode de réalisation de la présente invention. Les phénomènes de saturation d'amplificateur à l'émission (clipping effect) sont un des inconvénients majeurs des modulations multi-porteuses de type OFDM. Nous proposons ici de le résoudre lors de la réception du message par un algorithme itératif exploitant le codage correcteur d'erreur, habituellement présent sur ce type de transmission à haut débit. Notons que ce type de transmission est à la base de nombreuses normes (ADSL, HiperLAN, Digital Video Broadcasting, Wireless xAN) et est candidat à la plupart des applications futures de transmission numérique (TNT, BLR, téléphonie 4G...). 2857180 7 La principale originalité de cette invention réside dans l'utilisation de la sortie décidée (sortie hard) de l'algorithme de décodage de canal pour améliorer la reconstruction des pics éliminés lors de l'émission du message par le phénomène de saturation dû à l'amplification. Cette invention permet à faible coût calculatoire un gain très important de reconstruction lors de la réception du message. De plus ce procédé peut s'insérer dans toutes les chaînes de communications sur transmissions multi-porteuses codées. Le principe de fonctionnement du Turbo-DAR est donné sur la figure 1. Le récepteur OFDM est situé à la sortie du canal de transmission, couplé à une boucle de décision/reconstruction contenant l'algorithme de décodage à entrées souples- sorties décidées, les étapes de Mapping/Demapping (Transformation Bits/Symboles) et de conversion fréquence/temps. L'aspect Itératif de l'algorithme est assurée par le comparateur assurant le rôle de décision quant à la présence ou non de saturation lors de l'émission du message. C'est lui qui maintient l'étape de décodage/reconstruction du message assurant ainsi l'effet de Turbo reconstruction. Le procédé selon l'invention s'applique à tous les types de communications numériques multi-porteuses protégées par un code correcteur d'erreur. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet. 2857180 8 REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement du signal consistant à reconstruire les erreurs d'amplification sur un signal codé par un code correcteur d'erreur (codage de canal) caractérisé en ce que la reconstruction est réalisée de façon itérative, prend en compte les a priori induits par le codage canal et met en oeuvre un algorithme de décodage à entrée souple et sortie décidée combinées à une prise de décision, cette décision étant relative à la présence éventuelle de saturation et déclenchant ou non la reconstruction. 2. Procédé de traitement du signal selon la 15 revendication 1, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre sur des canaux sélectifs en fréquence. 3. Procédé de traitement du signal selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est mis en 20 oeuvre sur une transmission multiporteuses. 4. Procédé de traitement du signal selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre sur un signal de type OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). 5. Procédé de traitement du signal selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape d'égalisation. 6. Procédé de traitement du signal selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la transmission du signal est conforme à une des normes suivantes: ADSL, HiperLAN, Digital Video Broadcasting, HiperMAN, IEEE 802.11a, IEEE 802.11g ou IEEE 802. 16a&b. 7. Système pour la mise en oeuvre du procédé selon 5 l'une quelconque des revendications précédentes comprenant au moins un récepteur et un module de décodage. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un bloc d'égalisation.