Brevet FR2905814A1 — publié le 20080314

PROCEDE DE RECEPTION DE SIGNAUX MODULES EN AMRF ET DISPOSITIF DE RECEPTION METTANT EN OEUVRE CE PROCEDE La présente invention est relative à la réception de signaux modulés dans un système de communication mettant en oeuvre des accès multiples par répartition en fréquence (AMRF), par exemple des accès OFDM (pour Orthogonal Frequency Division Multiplexing en anglais). On notera d'emblée que, dans un système de communication AMRF, les transmissions peuvent s'effectuer sur tout type de support de transmission (radio, filaire, optique, etc.). La présente invention n'est donc pas limitée à la réception de signaux par voie radio mais s'étend à tout type de support de transmission. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de réception par une station réceptrice de signaux montants en provenance de terminaux émetteurs, dans le cadre d'un accès multiple par répartition en fréquence. A un instant donné, un ou plusieurs terminaux émettent simultanément sur plusieurs fréquences ou porteuses (bandes de fréquences), lesquelles sont choisies dans un multiplex de fréquences ou porteuses imparties aux terminaux. La station réceptrice reçoit un signal global regroupant les signaux montants provenant des différents terminaux et répartis sur plusieurs fréquences ou porteuses distinctes, puis démodule ces signaux montants et restitue les informations qu'ils véhiculent. En émission, les signaux à émettre sont transposés sur les fréquences ou porteuses imparties aux terminaux pour l'émission. Les terminaux doivent donc synthétiser les fréquences d'émission sur lesquelles les signaux sont transposés. On connaît différentes techniques pour synthétiser ces fréquences. A titre d'exemples illustratifs, on peut citer un oscillateur local propre au terminal ou encore un dispositif de verrouillage de phase sur une fréquence de référence externe au terminal. La précision de la synthèse des fréquences de transposition ou d'émission d'un terminal est conditionnée par la performance des moyens de synthèse mis en oeuvre dans le terminal. 2905814 -2- Un tel procédé de réception connu est notamment mis en oeuvre avec une pluralité d'utilisateurs connectés au moyen de terminaux à une station de base, par exemple par signaux radio. Plusieurs utilisateurs transmettent simultanément ces signaux montants à la station de base qui 5 retransmet les signaux une fois décodés, par exemple sur un autre support, afin de les acheminer à leur destinataire. Ces signaux montants sont modulés sur des fréquences d'émission distinctes dans un même multiplex de fréquences ou porteuses. Afin de démoduler correctement les signaux montants reçus par la 10 station de base, les phases des signaux émis par les terminaux doivent être correctement synchronisées fréquentiellement et temporellement sur une référence commune. En effet, si les signaux sont mal synchronisés, des interférences inter-symboles et des interférences inter-porteuses se produisent. Par ailleurs, la tolérance sur la synchronisation temporelle des phases est 15 inversement proportionnelle à l'écart inter-porteuses, alors que la tolérance sur la synchronisation fréquentielle est proportionnelle à cet écart inter-porteuses. Ces deux tolérances étant totalement à l'opposé l'une de l'autre, il est nécessaire de trouver un compromis, ou de relâcher l'une des tolérances. Il est notamment connu de mettre en place une boucle de 20 synchronisation fréquentielle ou PLL (pour Phase Locked Loop en anglais) afin de maintenir les oscillateurs locaux des terminaux utilisateurs synchronisés fréquentiellement avec la référence commune. Cependant, il est exigé une tolérance de l'ordre de 2 à 5% de l'écart inter-porteuses. Or, pour un système classique fonctionnant à une fréquence de 2GHz, cet écart inter-porteuses est 25 de l'ordre du kHz. En conséquence, cette tolérance requiert une précision sur la fréquence de l'ordre de 10"7 à 10-8 par rapport à la fréquence à émettre. Un tel système est donc difficile à mettre en oeuvre, d'autant plus avec des réseaux mobiles dont les canaux évoluent rapidement. A cet effet, l'invention propose un procédé de réception de signaux, 30 permettant de diminuer les exigences au niveau des tolérances de phase. 2905814 -3- L'invention propose un procédé de réception de signaux montants en provenance de terminaux, chaque signal montant ayant été modulé au préalable par un terminal respectif pour un accès multiple par répartition en fréquence. Le procédé comprend une étape selon laquelle on réceptionne un 5 signal global regroupant des signaux montants. Selon une définition actuelle de l'invention, le procédé comprend de plus les étapes selon lesquelles : - on alimente une pluralité de voies de démodulation avec le signal global reçu, et dans différentes voies de démodulation, on applique différentes 10 rotations de phase produisant différents décalages de fréquence de démodulation prédéterminés par rapport à une fréquence de démodulation nominale, respectivement ; -pour un signal montant considéré, on sélectionne une de la pluralité de voies de démodulation selon un critère de qualité choisi. 15 Grâce à l'invention, on s'affranchit de l'utilisation d'un système complexe de synchronisation en boucle fermée. On utilise une pluralité de voies de démodulation légèrement décalées en fréquence par rapport à une fréquence nominale de démodulation, de telle sorte que pour des terminaux donnés, ayant une phase décalée en émission, une des voies de démodulation 20 sera plus en phase que les autres et permettra un meilleur décodage du signal en provenance de ce terminal. On offre ainsi de manière simple un moyen de desserrer la contrainte sur la synthèse des fréquences dans les terminaux émetteurs. Par phase, on entend la valeur d'angle que prend le signal modulé en 25 fonction du temps qui, dans le cas d'une modulation selon un procédé d'OFDMA, dépend d'une donnée sur la fréquence, d'une donnée de phase initiale à un instant initial et de cet instant initial. La dépendance sur le temps est fonction du choix de la forme d'onde de modulation. En conséquence, une rotation de phase peut être effectuée par un 3o décalage fréquentiel et/ou temporel suivant la nature de la correction à 2905814 -4- apporter. On effectue de préférence des décalages de fréquences distincts pour chaque voie de telle sorte que l'on puisse obtenir une répartition statistique des fréquences décalées autour de la fréquence nominale. Dans le cadre de la description de l'exemple de réalisation de l'invention qui sera faite 5 plus loin, on emploie des décalages fréquentiels qui vont corriger des écarts fréquentiels par rapport à la fréquence de démodulation de référence. On cherche ainsi à augmenter la tolérance sur la fréquence sans impacter la tolérance sur le temps comme on l'a expliqué précédemment. Après la démodulation, on peut affecter à une voie de démodulation w considérée le signal montant en provenance d'un terminal, si la qualité du signal obtenu par cette voie est supérieure à la qualité du signal obtenu sur les autres voies. Cela permet donc d'affecter tout au long de la communication ce signal à la voie la mieux adaptée sans devoir maintenir une boucle de régulation de phase. 15 Ceci peut notamment être mis en oeuvre en fonction du critère de qualité choisi. Selon une variante de l'invention, on sélectionne pour le signal montant considéré la voie de démodulation qui présente la phase la plus proche de celle du signal montant, au sens d'un écart en valeur absolue le plus faible. 20 Selon encore une variante, le signal montant considéré comprenant au moins une séquence prédéterminée, on lui alloue une voie de démodulation en fonction de la qualité d'extraction de ladite séquence. Ceci permet de faire une vérification de la bonne synchronisation de phase de manière simple. Cependant, il est nécessaire d'imposer une modification du signal envoyé par 25 les terminaux. Avantageusement, on effectue un filtrage polyphase de type IOTA ou de type Nyquist sur chaque voie de décodage. Ce type de filtrage permet de mettre en forme le signal et de disjoindre les spectres des différents utilisateurs. Cela permet de diminuer encore la contrainte sur la synchronisation fréquentielle. 2905814 -5- L'invention concerne également un procédé de transmission de signaux montants en provenance de terminaux, suivant lequel, en émission, chaque terminal émet un signal montant respectif sur au moins un sous multiplex continu d'une bande de fréquences, et on impose entre chaque sous 5 multiplex la présence d'une porteuse d'amplitude nulle et en réception, on exécute les étapes du procédé de conforme à l'invention. Grâce à cela, on diminue encore la contrainte sur la synchronisation fréquentielle et on évite des interférences inter-porteuses. L'invention concerne aussi un dispositif de réception adapté pour 10 réceptionner un signal global comprenant une somme de signaux montants en provenance de terminaux, chaque signal montant étant modulé par un terminal respectif suivant un accès multiple par répartition sur un multiplex de fréquences et étant destiné à être démodulé en réception à une fréquence de démodulation nominale donnée. Selon une définition de l'invention, le dispositif 15 comprend en outre une pluralité de voies de démodulation adaptées pour recevoir en entrée une copie du signal global et comportant des moyens de rotation de phase adaptés pour introduire un décalage de fréquence prédéterminé par rapport à la fréquence de démodulation nominale, différentes voies de démodulation étant adaptées pour appliquer différentes rotations de 20 phase respectives, et des moyens de sélection pour affecter un signal montant considéré à une voie de démodulation selon un critère choisi. Un tel dispositif de réception peut être intégré dans une station de base d'un réseau d'accès radio. D'autres particularités et avantages de la présente invention 25 apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma représentant un réseau de communication dans lequel l'invention est mise en oeuvre ; - la figure 2 représente de manière schématique une station de base 30 conforme à l'invention ; 2905814 -6- - la figure 3 est un organigramme représentant un procédé conforme à l'invention ; et - la figure 4 représente le spectre d'un signal reçu par la station de base dans le cadre de la mise en oeuvre de l'invention. 5 Comme représenté sur la figure 1, un réseau de communication dans lequel l'invention peut être mise en oeuvre, comprend une pluralité de terminaux Ti, T2 et T3, émettant des signaux montants vers une station de base 1. Cette station de base est reliée à un réseau 2, qui permet d'acheminer le signal à son destinataire. Ces dispositifs communiquent entre eux au moyen 10 de signaux modulés ici en OFDMA. Il s'agit d'un procédé de modulation multiporteuse, utilisant des porteuses orthogonales. Cette orthogonalité permet notamment un fort recouvrement spectral, amoindrissant l'encombrement spectral. Cette contrainte d'orthogonalité sur les porteuses doit être respectée dans les domaines temporels et fréquentiels. On notera cependant que 15 l'invention s'applique non seulement à la transmission et à la réception de signaux modulés suivant un accès OFDM mais également suivant tout type d'accès multiple par répartition en fréquences, par exemple SS-MC-MA. La structure de cette station de base 1 conforme à l'invention est illustrée de manière schématique à la figure 2. Dans l'exemple particulier décrit, 20 cette station de base 1 comprend un module 3 de réception radio, un module 4 de transposition en fréquence, utilisant un oscillateur local 14, un convertisseur analogique/numérique 5, noté CAN, un module de duplication 6 et une pluralité de voies de démodulation ou chaînes de démodulation CI à C2k+1. On notera qu'au lieu d'être impair comme dans l'exemple décrit, le nombre de voies de 25 démodulation pourrait être pair. Le module 3 de réception radio est agencé pour recevoir des signaux montants multiplexés par répartition en fréquence et regroupés dans un signal global, en provenance de terminaux émetteurs. Le module 4 de transposition en fréquence, placé en sortie du module 30 de réception radio 3, est agencé pour transposer le signal global reçu de la fréquence de transmission du signal à une fréquence adaptée à la 2905814 -7- démodulation du signal par la station de base, que l'on appellera par la suite "fréquence de démodulation nominale", notée Fnom. Dans l'exemple particulier décrit, la fréquence de démodulation nominale de la station de base est une fréquence intermédiaire, notée FI. En variante, le module 4 pourrait opérer une 5 transposition vers la bande de base. Le convertisseur CAN 5, placé en sortie du module de transposition 4, est agencé pour convertir le signal analogique reçu et transposé en FI en un signal numérique. Le module de duplication 6 est agencé pour dupliquer le signal global 10 reçu en 2k+1 exemplaires et pour alimenter les 2k+1 voies de démodulation avec les 2k+ 1 signaux dupliqués respectivement. Les voies de démodulation CI à C2k+1 sont connectées en parallèle à la sortie du module de duplication 6. Chaque voie de démodulation comprend un module de rotation de phase 7 apte à appliquer sur un signal entrant, en 15 l'espèce le signal global reçu transposé à la fréquence nominale de démodulation, fourni par le module de duplication 6, une rotation de phase produisant un décalage de fréquence prédéterminé par rapport à la fréquence de démodulation nominale Fnom. Dans l'exemple particulier décrit ici, la rotation de phase est différente sur chacune des voies. Elle permet d'introduire 20 volontairement, sur la voie de démodulation considérée, un décalage de la fréquence de transposition autour de la fréquence de démodulation nominale Fnom, afin de correspondre à la disparité des écarts fréquentiels par rapport à la fréquence nominale de modulation au niveau des terminaux émetteurs. Ainsi, on peut indiquer que pour la voie Cj, j variant entre 1 et 2k+1, la fréquence de 25 transposition est sensiblement égale à Fi = Fnom + (j-k-1)AF, où Fnom est la fréquence nominale de démodulation de la station de base et AF est un pas de décalage fréquentiel prédéterminé. On peut utiliser comme pas de décalage fréquentiel prédéterminé une fraction, par exemple 5% de l'écart inter-porteuses. 30 Il convient de noter que plus le pas de décalage fréquentiel sera faible, plus le nombre de voies de démodulation requis sera élevé. 2905814 -8- Dans l'exemple particulier décrit, le module de rotation de phase 7 opère sur un signal numérique. En variante, il pourrait opérer sur un signal analogique. Dans ce cas, chaque voie de démodulation comprendrait un convertisseur analogique numérique, positionné par exemple en sortie du 5 module de rotation de phase. Chaque voie de démodulation comprend également ici un filtre de mise en forme polyphase 8, placé en sortie du module de rotation de phase 7. On peut utiliser un filtrage polyphase de type OQAM, par exemple un filtrage IOTA, ou de type Nyquist ou encore de type BFDM, ce qui permet d'obtenir des 10 spectres bien dissociés, limitant ainsi le risque de recouvrement spectral. Ensuite, des moyens de calcul de transformée de Fourier Directe 9, par exemple de transformée de Fourier rapide, sont utilisés. Puis, il est possible de prévoir un décodeur 10 par voie de démodulation. Cependant, en fonction du type de test mis en oeuvre par le dispositif de test 11, ce décodeur 15 peut également se trouver en aval de la pluralité de voies. Les signaux montants ayant subi en émission des rotations de phase respectives, le but est d'affecter à une voie de démodulation considérée les signaux montants ayant subi en émission la rotation de phase sensiblement la plus proche de celle introduite par la voie de démodulation considérée. 20 Pour se faire, selon une première variante, chaque signal montant comprend des symboles-pilotes dont les caractéristiques sont connues de la station de base réceptrice. Ces symboles-pilotes ont en particulier une phase prédéterminée. Dans la station de base, une mesure de la rotation de phase sur la porteuse des symboles-pilotes est réalisée, après démodulation, pour 25 chacune des voies de démodulation. On alloue pour un signal montant considéré une voie de démodulation en fonction de ces mesures faites sur les rotations de phase des symboles-pilotes reçus et démodulés. En d'autres termes, on sélectionne la voie présentant après démodulation la plus faible rotation de phase résiduelle du symbole-pilote reçu pour un terminal donné. 30 Dans ce cas, le dispositif de sélection des voies est élaboré à partir d'une émission par le terminal d'un ou de plusieurs pilotes continus. Il n'est pas 2905814 -9- nécessaire d'avoir un décodeur par voie, et le dispositif de test extrait les symboles-pilotes. Cependant, on peut également prévoir l'émission d'une séquence prédéterminée, qui peut par exemple être répétée périodiquement ou être 5 émise une seule fois. Le dispositif de test 11 extrait cette séquence du signal et, pour un signal montant considéré, on alloue une voie de démodulation en fonction de la qualité d'extraction de la séquence. Dans ce cas, comme dans le précédent, le dispositif de test 11 est en amont du dispositif de décodage 10. Dans le cas où le décodeur 10 est en aval du dispositif de test 11, 10 comme représenté sur la figure 2, on utilise un autre critère de qualité sur le signal montant de l'utilisateur une fois décodé. Par exemple, on peut effectuer un test sur le rapport signal sur bruit, ou encore sur le taux d'erreurs binaires. Par exemple, on peut faire un test sur le bit de vérification ou check-sum, afin de déterminer si celui-ci est correct ou erroné. 15 Ce dispositif de test est relié à un organe de sélection qui, va affecter un utilisateur ou un terminal à une voie particulière, afin d'obtenir pour cet utilisateur le meilleur signal décodé possible. Ainsi, le dispositif de sélection alloue une voie de démodulation à des utilisateurs dont la phase de la fréquence d'émission est proche de celle de la voie. 20 Enfin, un dispositif de transmission 13 permet la réémission des signaux des utilisateurs vers le réseau 2 devant acheminer les signaux à leurs destinataires. Le procédé conforme à l'invention est représenté par l'organigramme de la figure 3. 25 A l'étape S300, la station de base réceptionne n signaux montants sous la forme d'un signal global regroupant ces n signaux montants. A l'étape S301, le signal global est transposé à la fréquence de démodulation nominale de la station de base. A l'étape S302, le signal global analogique transposé est converti en 30 un signal numérique. A l'étape S303, le signal global est dupliqué et fourni à chaque voie de démodulation j. 2905814 -10- A l'étape S304, le signal global injecté dans chaque voie de démodulation j subit une rotation de phase, notée ROTS, ici différente sur chacune des voies, ayant pour effet de causer un décalage de fréquence de transposition autour de la fréquence nominale de démodulation, comme on l'a 5 vu précédemment. Puis, le signal est filtré, ou mis en forme selon des procédés de filtrage polyphase IOTA ou de Nyquist (S305). Ensuite, à l'étape S306, on effectue un test pour un signal montant considéré, ici le signal montant d'indice i, avec 1 É. i REVENDICATIONS 1. Procédé de réception de signaux montants en provenance de terminaux (Ti, T2, T3), chaque signal montant ayant été modulé au préalable par un terminal respectif pour un accès multiple par répartition en fréquence, le procédé comprenant une étape selon laquelle on réceptionne un signal global regroupant des signaux montants (S300) ; le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend de plus les étapes selon lesquelles : -on alimente une pluralité de voies de démodulation (S301) avec le signal global reçu, et - dans différentes voies de démodulation, on applique respectivement différentes rotations de phase produisant différents décalages de fréquence de démodulation prédéterminés par rapport à une fréquence de démodulation nominale ; - pour un signal montant considéré, on sélectionne une de la pluralité de voies de démodulation selon un critère de qualité choisi (S306). 2. Procédé selon la revendication 1, suivant lequel on sélectionne pour ledit signal montant considéré la voie de démodulation qui présente la phase la plus proche de celle du signal montant, au sens d'un écart en valeur absolue le plus faible. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le signal montant considéré comprenant des symboles-pilotes avec une phase prédéterminée, on lui alloue une voie de démodulation en fonction de mesures faites sur les rotations de phase des symboles-pilotes reçus et démodulés. 2905814 -13- 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, suivant lequel on alloue au signal montant considéré une voie de démodulation en fonction d'au moins un critère de qualité du signal montant une fois décodé parmi au moins les critères de qualité du type taux d'erreurs binaires et rapport signal 5 sur bruit. 5. Procédé selon la revendication 1, suivant lequel, le signal montant considéré comprenant au moins une séquence prédéterminée, on lui alloue une voie de démodulation en fonction de la qualité d'extraction de ladite séquence prédéterminée. 10 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel on effectue sur chaque voie de démodulation un calcul d'un type de transformée de Fourier sur le signal global. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel on effectue un filtrage polyphase de type IOTA sur chaque voie 15 de démodulation (S302). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, suivant lequel on effectue un filtrage polyphase de type Nyquist sur chaque voie de démodulation (S302). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 suivant lequel on utilise 2k+1 voies de démodulation, k étant un entier naturel, et suivant lequel la rotation de phase est effectuée par un décalage de fréquence, la fréquence de démodulation de la voie j, j variant entre 1 et 2k+1, étant sensiblement égal à : Fi = Fnom + (j-k-1 )AF, où Fnom est la fréquence nominale de démodulation en réception et AF est un pas de décalage fréquentiel prédéterminé. 2905814 10. Procédé selon la revendication 9, suivant lequel le pas de décalage fréquentiel prédéterminé correspond à une fraction d'un écart entre deux porteuses successives. 11. Procédé de transmission de signaux montants en provenance de 5 terminaux (T1, T2, T3), dans lequel, en émission, chaque terminal émet un signal montant respectif sur au moins un sous multiplex continu d'une bande de fréquences, et on impose entre chaque sous multiplex la présence d'une porteuse d'amplitude nulle et en réception, on exécute les étapes du procédé de réception selon l'une des 10 revendications 1 à 10. 12. Dispositif de réception adapté pour réceptionner un signal global comprenant une somme de signaux montants en provenance de terminaux (T1, T2, T3), chaque signal montant étant modulé par un terminal respectif suivant un accès multiple par répartition sur un multiplex de fréquences et étant 15 destiné à être démodulé en réception à une fréquence de démodulation nominale donnée, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre - une pluralité de voies de démodulation (Cl, C2, C3) adaptées pour recevoir en entrée une copie du signal global et comportant des moyens de rotation 20 de phase adaptés pour introduire un décalage de fréquence prédéterminé par rapport à la fréquence de démodulation nominale, différentes voies de démodulation étant adaptées pour appliquer différentes rotations de phase respectives, et des moyens de sélection (8) pour affecter un signal montant considéré à une 25 voie de démodulation selon un critère choisi. 13. Station réceptrice, caractérisée en ce qu'elle comporte le dispositif de réception selon la revendication 12.