Brevet FR2907991A1 — publié le 20080502

ARCHITECTURE A ANTENNES MULTIPLES POUR LES SYSTEMES FILAIRES La présente invention concerne une architecture qui permet d'augmenter les performances des systèmes filaires par transmission à antennes filaires multiples. L'invention trouve une application avantageuse dans le domaine des télécommunications, et plus particulièrement dans celui des réseaux d'accès filaires, notamment les systèmes CPL ( Courant Porteur en Ligne ) et xDSL ( Digital Subscriber Line ). Les systèmes CPL et xDSL acquièrent aujourd'hui un intérêt important comme technologies à large bande d'accès capable de fournir des débits très lo élevés. Le déploiement réussi des systèmes CPL à bas débit et xDSL a confirmé toutes les possibilités que l'on pouvait attendre de cette technologie, et les efforts se concentrent maintenant sur le CPL à haut débit et le DSL à très grande vitesse, appelé aussi VDSL ( Very high-speed Digital Subscriber 15 Line ) qui permet d'utiliser une largeur de bande jusqu'à 30 MHz. Alors que l'ADSL ( Asymetric Digital Subscriber Line ) peut atteindre des débits descendants jusqu'à 8 Mbps, le VDSL2 vise à fournir une transmission symétrique à 100 Mbps. Quant au CPL, la norme Homeplug AV permet d'atteindre des débits symétriques égaux à 200 Mbps. 20 La topologie actuelle des systèmes xDSL utilise des lignes de conducteurs généralement constituées de paires torsadées qui relient le central téléphonique aux clients xDSL potentiels. La normalisation actuelle permet à différents fournisseurs de services de partager le même câble de conducteurs sur lequel chaque fournisseur a un accès physique aux paires 25 torsadées correspondant à ses propres clients. Cependant, l'interférence entre les lignes résultant du couplage électromagnétique entre les conducteurs du câble, appelé couplage diaphonique, est un facteur essentiel dans l'affaiblissement des signaux le long de la transmission xDSL. 2907991 2 Quant à la technologie CPL, son intérêt porte sur l'utilisation d'un réseau filaire structuré existant et le mieux distribué dans toute maison ou bâtiment : le réseau électrique et ses point d'accès que sont les prises électriques. Les produits CPL permettent donc d'interfacer les équipements 5 avec les prises électriques, offrant la possibilité de les mettre en réseau entre eux, de les raccorder à un point d'accès Internet haut débit qui est une des sources principales à l'heure actuelle pour échanger des informations. Les signaux dédites technologies se propagent sur les réseaux filaires selon deux modes différents : le mode différentiel et le mode commun. io A la différence des technologies de transmission filaire, La communication sans fil utilise un autre support de communication que les câbles. Les informations utilisent comme support de transmission l'infrarouge ou les ondes radio. Une nouvelle technique est apparue en 1984 grâce à M. Jack Winters, qui déposa un brevet pour les communications 15 sans fil à base d'antennes multiples ( Wireless PBX/LAN System with Optimum Combining , US Patent no. 4,639,914). Depuis cette découverte, ce système a été très utilisé dans plusieurs domaines. Nous le retrouvons notamment dans les systèmes radars, le WiFi ancienne génération, les stations de base pour le GSM ( Global System for Mobile ) et avec le MIMO 20 ( Multiple Input Multiple Output ). Le MIMO utilise au moins 2 antennes pour envoyer des informations différentes sur chacune d'elles. Avec ces antennes et toutes les réflexions causées par l'environnement, le MIMO tire profit des multiples canaux. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente 25 invention est de proposer une architecture à antennes multiples pour les systèmes filaires. La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que ladite architecture comprend les éléments suivants : - L'architecture classique avec un ou plusieurs conducteurs métalliques qui 30 relient un dispositif émetteur principal à un dispositif récepteur principal. 2907991 3 - Une ou plusieurs antennes à l'émission reliées chacune à un dispositif émetteur, où chaque antenne est un ou plusieurs conducteurs métalliques de longueur inférieure à celle du ou des conducteurs métalliques reliant le dispositif émetteur principal au dispositif récepteur principal, et où chaque 5 antenne se trouve à proximité immédiate dudit ou desdits conducteurs métalliques reliant le dispositif émetteur principal au dispositif récepteur principal. - Une ou plusieurs antennes à la réception reliées chacune à un dispositif récepteur, où chaque antenne est un ou plusieurs conducteurs métalliques de lo longueur inférieure à celle des conducteurs métalliques reliant le dispositif émetteur principal au dispositif récepteur principal, et où chaque antenne se trouve à proximité immédiate dudit ou desdits conducteurs métalliques reliant le dispositif émetteur principal au dispositif récepteur principal. Dans l'architecture proposée dans la présente invention, la propagation is des données depuis et vers les antennes est effectuée selon trois modes. Selon le premier mode, la propagation des données transmises par un dispositif émetteur relié à une antenne émettrice vers le dispositif récepteur principal se fait par couplage diaphonique entre l'antenne émettrice et le ou les conducteurs métalliques reliant le dispositif émetteur principal au dispositif 20 récepteur principal. Selon le deuxième mode, la propagation des données transmises par un dispositif émetteur relié à une antenne émettrice vers un dispositif récepteur relié à une antenne réceptrice se fait par couplage diaphonique entre l'antenne émettrice et le ou les conducteurs métalliques reliant le 25 dispositif émetteur principal au dispositif récepteur principal, puis entre ce ou ces conducteurs métalliques et l'antenne réceptrice. Selon le troisième mode, la propagation des données transmises par le dispositif émetteur principal vers un dispositif récepteur relié à une antenne réceptrice se fait par couplage diaphonique entre le ou les conducteurs 30 métalliques -reliant le dispositif émetteur principal au dispositif récepteur principal- et l'antenne réceptrice. Aussi, dans l'architecture proposée dans la présente invention, le dispositif émetteur principal et le ou les dispositifs émetteurs reliés chacun à 2907991 4 une antenne émettrice peuvent former un dispositif émetteur unique. De même, le dispositif récepteur principal et le ou les dispositifs récepteurs reliés chacun à une antenne réceptrice peuvent former un dispositif récepteur unique. 5 Dans le procédé proposé dans le cadre de cette invention, deux modes de transmission sont possibles. Dans le premier mode, dit mode différentiel, le dispositif émetteur principal et le dispositif récepteur principal sont reliés par au moins une paire de fils, et chaque antenne est une paire de fils. io Dans le deuxième mode, dit mode commun, au moins un fil transporte le signal. Les courants de ce mode reviennent par une masse. Le dispositif émetteur principal et le dispositif récepteur principal sont reliés par au moins un fil, et chaque antenne est constituée d'au moins un fil. Un ou plusieurs fils reliant le dispositif émetteur principal au dispositif récepteur principal peuvent ts désormais servir de masse. Ainsi, par application de l'architecture à antennes filaires conforme à l'invention, de nouvelles antennes émettrices et réceptrices sont rajoutés à l'architecture classique constituée par un dispositif émetteur et un dispositif récepteur reliés par un ou plusieurs conducteurs métalliques. Il est ensuite 20 possible de décorréler les signaux y, (j = 0, ..., M-1), reçus sur chaque récepteur j, des signaux x; (i = 0, ..., N-1) émis sur les émetteurs i≠j. Cette opération de décorrélation est facilitée dans le cadre d'un procédé de transmission mettant en oeuvre l'architecture selon l'invention caractérisé en ce qu'il tire parti de la coordination de l'ensemble des signaux 25 émis x; (i = 0,..., N-1) et des signaux reçus y, (j = 0, ..., M-1), qu'il applique à l'un de ces deux ensembles simultanément la matrice H-1, ou une quelconque autre méthode de réduction ou d'annulation du couplage diaphonique. H-1 est l'inverse de la matrice H des h;i, dite matrice de canal MIMO, telle que hi] est la réponse impulsionnelle du couplage diaphonique entre l'émetteur i et le 30 récepteur j si ces deux entités ne sont pas directement reliées par un ou plusieurs conducteurs métalliques ou qu'au moins l'un d'entre eux est relié à une antenne. Si l'émetteur i et le récepteur j sont directement reliés par au 2907991 5 moins deux conducteurs métalliques, h11 est la réponse impulsionnelle du canal constitué par ces conducteurs. Enfin, un système de codage spatiotemporel (MIMO-STBC) peut être appliqué à l'architecture proposée dans le cadre de cette invention. Des 5 signaux différents sont envoyés sur chaque dispositif émetteur avec introduction d'une redondance d'information entre le dispositif émetteur principal et les antennes, permettant ainsi d'améliorer la robustesse vis-à-vis des bruits. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à Io titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est un schéma d'un dispositif émetteur principal et d'un dispositif récepteur principal reliés par une paire de fils. La figure 2 est un schéma montrant le mode différentiel de propagation 15 des signaux. La figure 3 est un schéma montrant le mode commun de propagation des signaux. La figure 4 est un schéma d'une architecture à une antenne filaire à l'émission et une antenne filaire à la réception, en mode différentiel de 20 propagation des signaux. La figure 5 est un schéma d'une architecture à une antenne filaire à l'émission et une antenne filaire à la réception, en mode commun de propagation des signaux. Sur la figure 1 est représenté de manière schématique un dispositif 25 émetteur principal et un dispositif récepteur principal reliés par une paire de fils. Le dispositif émetteur principal 100 désigne le DSLAM situé dans le central téléphonique dans le cas des systèmes xDSL et un modem dans le cas des systèmes CPL. Le dispositif récepteur principal 110 désigne le modem récepteur. Par soucis de simplification, le nombre de fils 120 qui 30 relient le dispositif émetteur principal au dispositif récepteur principal est pris égal à 2, mais peut désormais être supérieur à 2. Comme sur la figure 1, sur la figure 2 est représenté de manière schématique un dispositif émetteur principal et un dispositif récepteur principal 2907991 reliés par une paire de fils. Dans le mode différentiel de propagation des signaux, que représente cette figure, le courant I qui entre dans le dispositif récepteur principal 210 revient vers le dispositif émetteur principal 200 par le fil de retour 220, différent de la masse 240. La différence de potentiel V est 5 mesurée entre les deux fils 220 et 230. Dans le mode commun de propagation, que représente la figure 3, les signaux se propagent dans le même sens sur le ou les fils 300. Le courant I de ce mode revient par une masse, ou comme désigné sur cette figure par le ou les fils 310 servant de masse. La différence de potentiel V est mesurée ~o entre le ou les fils 300 et la masse. Sur la figure 4 est représentée de façon schématique l'architecture selon l'invention en mode différentiel de propagation. Une seule antenne 430 à l'émission et une seule antenne 440 à la réception sont considérées. Le nombre d'antennes peut désormais être supérieur. Chaque antenne est 15 constituée d'une paire de fils. La différence de potentiel V, est calculée entre les deux fils 420 afin de déterminer le signal émis par le dispositif émetteur principal 400, et la différence de potentiel V2 est calculée entre les deux fils de l'antenne réceptrice 440 afin de déterminer le signal émis par le dispositif émetteur 410 relié à l'antenne émettrice 430. 20 La propagation des données transmises par le dispositif émetteur 410 relié à l'antenne émettrice 430 vers le dispositif récepteur 450 relié à l'antenne réceptrice 440 est effectuée par couplage diaphonique entre l'antenne émettrice 430 et les conducteurs métalliques 420, puis entre ces conducteur métalliques 420 et l'antenne réceptrice 440. 25 Sur la figure 5 est représentée de façon schématique l'architecture selon l'invention en mode commun de propagation. Une seule antenne 550 à l'émission et une seule antenne 560 à la réception sont considérées. Le nombre d'antennes peut désormais être supérieur. Le fil 540 qui relie le dispositif émetteur principal 500 au dispositif récepteur principal 520 sert de 30 masse, et chaque antenne est constituée d'un fil unique. Un nombre supérieur de fils peuvent désormais constituer chaque antenne. La différence de potentiel VI est calculée entre le fil 530 et le fil de masse 540 afin de déterminer le signal émis par le dispositif émetteur principal 500, et la 6 C, 2907991 7 différence de potentiel V2 est calculée entre le fil qui constitue l'antenne réceptrice 560 et le fil de masse 540 afin de déterminer le signal émis par le dispositif émetteur 510 relié à l'antenne émettrice 550. La propagation des données transmises par le dispositif émetteur 510 5 relié à l'antenne émettrice 550 vers le dispositif récepteur 570 relié à l'antenne réceptrice 560 est effectuée par couplage diaphonique entre la paire de fils (antenne émettrice 550, fil de masse 540) et la paire de fils (conducteur métallique 530, fil de masse 540), puis entre la paire de fils (conducteur métallique 530, fil de masse 540) et la paire de fils (antenne réceptrice 560, fil lo de masse 540). 15 20 25 30 8 REVENDICATIONS 1. Architecture à antennes multiples pour les systèmes filaires qui comprend les éléments suivants : - Un ou plusieurs conducteurs métalliques (120) qui relient un dispositif émetteur principal (100) à un dispositif récepteur principal (110). - Au moins une antenne à l'émission ou à la réception, où chaque antenne à 15 l'émission est reliée à un dispositif émetteur et chaque antenne à la réception est reliée à un dispositif récepteur, où chaque antenne est un ou plusieurs conducteurs métalliques de longueur inférieure à celle du ou des conducteurs métalliques reliant le dispositif émetteur principal au dispositif récepteur principal, et où chaque antenne se trouve à proximité immédiate dudit ou 20 desdits conducteurs métalliques reliant le dispositif émetteur principal au dispositif récepteur principal. 2. Architecture à antennes multiples pour les systèmes filaires qui comprend les éléments suivants : - Un ou plusieurs conducteurs métalliques (120) qui relient un dispositif 25 émetteur principal (100) à un dispositif récepteur principal (110). - Au moins une antenne à l'émission et au moins une antenne à la réception, où chaque antenne à l'émission est reliée à un dispositif émetteur et chaque antenne à la réception est reliée à un dispositif récepteur, où chaque antenne est un ou plusieurs conducteurs métalliques de longueur inférieure à celle du 30 ou des conducteurs métalliques reliant le dispositif émetteur principal au dispositif récepteur principal, et où chaque antenne se trouve à proximité 2907991 9 immédiate dudit ou desdits conducteurs métalliques reliant le dispositif émetteur principal au dispositif récepteur principal. 3. Architecture selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce le ou les dispositifs émetteurs reliés chacun à une antenne émettrice forment un dispositif unique avec le dispositif émetteur principal, et que le ou les dispositifs récepteurs reliés chacun à une antenne réceptrice forment un dispositif unique avec le dispositif récepteur principal, 4. Architecture selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la transmission des données est effectuée en mode différentiel, et que chaque antenne est composée d'au moins une paire de fils. 5. Architecture selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la transmission des données est effectuée en mode commun, que chaque antenne est constituée d'au moins un fil et que les courants reviennent par une masse. 6. Architecture selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'un ou plusieurs fils (540) reliant le dispositif émetteur principal au dispositif récepteur principal servent de masse. 7. Procédé de transmission mettant en oeuvre l'architecture selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il met en oeuvre une méthode de réduction ou d'annulation du couplage diaphonique. 8. Procédé de transmission selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un système de codage spatio-temporel. 9. Procédé de transmission mettant en oeuvre l'architecture selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un 25 système de codage spatio-temporel.