Brevet FR2903547A1 — publié le 20080111

-1- La présente invention concerne un procédé de paramétrage d'une transmission de bits par multiplexage sur plusieurs bandes de fréquences dans un réseau de communication stationnaire, un procédé de transmission de bits et un système de communication. II s'agit par exemple des transmissions xDSL (Digital Suscriber Line), du WIMAX (802.16) (Worldwide Interoperability for Microwave Access) ou encore de la diffusion hertzienne avec voie de retour. Les systèmes utilisant plusieurs bandes de fréquence sont typiquement les systèmes DMT (Discrete MultiTone) et OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). On rappelle qu'un réseau de communication stationnaire est un réseau dont les caractéristiques évoluent peu pendant une transmission d'une information, par exemple un réseau filaire. La stationnarité du réseau permet d'assurer que le paramétrage d'une transmission de bits est valable au cours de la transmission sur une durée suffisamment longue. Une transmission de bits consiste habituellement à transmettre une onde dont on a modifié au moins une caractéristique, telle que l'amplitude, la fréquence ou la phase. La modification de la caractéristique correspond à des valeurs d'un ou plusieurs bits transmis, de façon connue en soi. Dans de nombreux cas de multiplexage sur plusieurs bandes de fréquences, chaque bande de fréquences correspond à une onde dont l'amplitude et la phase sont modifiées en utilisant une Modulation d'Amplitude et en Quadrature (MAQ) classique. On rappelle qu'une Modulation d'Amplitude et en Quadrature associe un point, dont les coordonnées sont une amplitude et une phase, aux valeurs de n bits. L'ensemble des points d'une Modulation d'Amplitude et en Quadrature, au nombre de 2n lorsque ces points représentent les valeurs prises par n bits, est appelé constellation. Une Modulation d'Amplitude et en Quadrature dont la constellation comporte de nombreux points permet d'associer un grand nombre de bits à une bande de fréquences. Cependant, il est connu que le nombre de points de la constellation influe sur le taux d'erreurs de transmission, de sorte que plus ce nombre de points est élevé, plus le risque d'erreurs de transmission est important. On connaît déjà des procédés de paramétrage d'une transmission de bits par multiplexage sur plusieurs bandes de fréquences permettant de traiter un débit élevé dans une bande plus large sous la forme de plusieurs débits élémentaires dans des bandes plus étroites. 2903547 -2- Conformément à un tel procédé, on alloue, pour la transmission, une puissance prédéterminée sensiblement identique à chaque bande de fréquences. Cette puissance prédéterminée est une portion, répartie de façon équitable entre toutes les bandes de fréquences, d'une puissance totale imposée pour l'ensemble des bandes de 5 fréquences. Ce procédé de paramétrage comporte habituellement une étape de détermination d'un nombre de bits à allouer à chaque bande de fréquences pour que, lors d'une transmission avec la puissance prédéterminée, le taux d'erreur soit inférieur à un taux d'erreur prédéterminé. A cet effet, on réalise une étape préalable de détermination, pour chaque 10 bande de fréquences, et pour une puissance allouée à cette bande de fréquences égale à la puissance prédéterminée, d'un rapport signal sur bruit. En effet, il est connu qu'un rapport signal sur bruit élevé correspond à une bonne qualité de transmission sur la bande de fréquences correspondante, c'est-à-dire que le taux d'erreur est faible lorsque le rapport signal sur bruit est élevé. 15 Ainsi, au cours de la transmission des bits, on associe un grand nombre de bits à chaque bande de fréquences dont le rapport signal sur bruit est supérieur à un seuil prédéterminé. On associe de la même façon des bits à transmettre sur chaque bande de fréquences, le nombre de bits associé à une bande de fréquences étant d'autant plus grand que le rapport signal sur bruit de la bande de fréquences est élevé. 20 Dans le cas où le rapport signal sur bruit d'une bande de fréquences est inférieur à une valeur minimale prédéterminée, on n'associe pas de bits à cette bande de fréquences, puisque la qualité de la transmission sur cette bande de fréquences est insuffisante pour permettre la transmission des bits avec un faible taux d'erreur. On notera qu'un tel procédé permet généralement de transmettre un grand 25 nombre de bits sur les bandes de fréquences, et donc d'assurer un bon débit de transmission. Cependant, ce haut débit est dû à l'utilisation de Modulations d'Amplitude et en Quadrature dont les constellations comportent un grand nombre de points, par exemple jusqu'à 215 = 32768 points pour 15 bits transmis dans le cas du VDSL (Very high 30 bit rate Digital Suscriber Line). On notera qu'un modem apte à envoyer ou recevoir des ondes modulées en amplitude et en quadrature avec des constellations à grand nombre de points est nécessairement complexe, et donc relativement onéreux. L'invention propose de remédier à cet inconvénient, en fournissant un procédé de paramétrage permettant une transmission à l'aide d'un modem plus simple, tout en 35 assurant un débit de transmission aussi élevé que dans l'état de la technique. 2903547 -3- A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de paramétrage d'une transmission de bits dans un réseau de communication stationnaire par multiplexage sur plusieurs bandes de fréquences, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination d'une puissance à allouer à chaque bande de fréquences pour que, lors 5 d'une transmission avec un nombre de bits prédéterminé, le taux d'erreur soit inférieur à un taux d'erreur prédéterminé. Contrairement aux procédés classiques, on fixe le nombre de bits attribués à chaque bande de fréquences, puis on alloue des puissances différentes à chacune de ces bandes de fréquence, plutôt que de fixer la puissance allouée puis d'attribuer des 10 nombres de bits différents. On observe que l'invention surmonte les préjugés qui consistaient à penser que la puissance totale imposée doit impérativement être répartie de façon équitable entre toutes les bandes de fréquence, et qu'il est nécessaire d'attribuer un grand nombre de bits à chaque bande de fréquences pour obtenir un haut débit de transmission. 15 En effet, conformément à l'invention, on alloue à chaque bande de fréquences une portion de la puissance totale imposée correspondant à une puissance suffisante et nécessaire pour que, pour un nombre donné de bits à transmettre, le taux d'erreur soit inférieur à un taux d'erreur prédéterminé. Ainsi, une bande de fréquences adaptée à une bonne transmission (peu de parasites ou d'interférences) ne nécessitera qu'une 20 puissance relativement faible pour obtenir une qualité de transmission suffisante. Dans le cas d'une telle bande de fréquences, on économise de la puissance par rapport à l'état de la technique. La puissance économisée peut alors être allouée à d'autres bandes de fréquences, afin d'améliorer la transmission sur ces bandes de fréquences. Dès lors, on 25 alloue de la puissance à des bandes de fréquences qu'on aurait jugées inaptes à une bonne transmission, afin de les rendre aptes à la transmission grâce au procédé selon l'invention. L'invention permet de mieux répartir la puissance totale imposée entre les bandes de fréquences, et ainsi de transmettre des bits sur une plus grande quantité de 30 bandes de fréquences. On obtient alors un débit élevé sans augmenter le nombre de bits attribué à chaque bande de fréquence, mais en augmentant le nombre de bandes de fréquences permettant une bonne transmission. Comme cela a été précisé précédemment, la complexité d'un modem dépend du nombre de bits maximum attribué à une bande de fréquences. L'invention permet 35 l'utilisation de modems plus simples, puisque la qualité du débit de transmission selon l'invention dépend principalement du nombre de bandes de fréquences adaptées à une 2903547 -4- bonne transmission plutôt que du nombre de bits attribués aux bandes de fréquences. Par exemple, des modems aptes à envoyer ou recevoir des ondes modulées en amplitude et en quadrature de constellation inférieure ou égale à 256 points (8 bits attribués) sont suffisants pour mettre en oeuvre l'invention. 5 De manière optionnelle, on retient le même nombre de bits prédéterminé pour au moins deux bandes de fréquences, par exemple pour au moins une moitié du nombre total de bandes de fréquences, et de préférence pour sensiblement toutes les bandes de fréquences. En effet, le procédé est d'autant plus simple à mettre en oeuvre qu'on retient 10 un même nombre de bits pour une grande proportion de bandes de fréquences, puisque ces bandes de fréquences peuvent être traitées de la même manière par un modem. De plus, dans le cas où on attribue un même nombre de bits à toutes les bandes de fréquences, le modem peut être suffisamment simple pour ne traiter qu'un seul type de constellation à la fois. 15 De manière optionnelle, afin d'optimiser le débit de transmission, le nombre de bits étant un premier nombre, on répète pour chaque bande de fréquences l'étape de détermination de puissance avec au moins un deuxième nombre prédéterminé de bits, et on détermine celui des nombres pour lequel un débit de transmission est le plus haut. En effet, comme cela a été précisé précédemment, plus on attribue de bits à 20 une bande de fréquences, plus le risque d'erreurs de transmission est élevé, et plus une bande de fréquences nécessite une puissance allouée importante pour une bonne transmission. Ainsi, le meilleur débit n'est généralement pas obtenu pour un grand nombre de bits. En répétant l'étape de détermination de la puissance à allouer avec différents nombres prédéterminés de bits, on recherche un compromis optimal entre le 25 nombre de bandes porteuses dont la transmission est correcte et la quantité de bits transmis sur chaque bande porteuse, afin de trouver quel nombre prédéterminé de bits permet le meilleur débit de transmission. En variante, le nombre de bits étant un premier nombre, on peut répèter, pour chaque bande de fréquences, l'étape de détermination de puissance avec au moins un 30 deuxième nombre prédéterminé de bits, et on détermine celui des nombres pour lequel un débit de transmission est le plus haut. Dans ce cas, on ne cherche pas à obtenir le meilleur débit mais à économiser de la puissance. De préférence, la puissance étant la puissance postérieurement allouée, le 35 procédé comporte une étape préalable de détermination, pour chaque bande de fréquences et pour une puissance préalablement allouée à cette bande de fréquences, 2903547 -5- d'un rapport signal sur bruit, la puissance postérieurement allouée à une bande de fréquences étant d'autant plus basse que le rapport signal sur bruit préalablement déterminé pour cette bande de fréquences est élevé. Les rapports signal sur bruit déterminés permettent de distinguer de façon 5 simple et efficace les bandes de fréquences permettant une bonne transmission (auxquelles on alloue une faible puissance) des bandes de fréquences permettant une transmission moins bonne (auxquelles on alloue davantage de puissance). De manière optionnelle, on alloue à au moins une des bandes de fréquences une puissance proportionnelle à l'inverse du rapport signal sur bruit préalablement 10 déterminé pour cette bande de fréquences, avec de préférence une constante de proportionnalité dépendant d'au moins l'un des éléments suivants : le taux d'erreur prédéterminé, le nombre de bits prédéterminé et un codage canal associé à la transmission. Ainsi, on calcule de manière simple la puissance allouée à une bande de 15 fréquence. De manière optionnelle, l'étape de détermination de la puissance à allouer est effectuée pour les bandes de fréquences par ordre décroissant de rapport signal sur bruit. En variante, le procédé comporte une étape de détermination d'une différence entre des rapports signal sur bruit de première et seconde bandes de fréquences 20 consécutives, la puissance allouée à la seconde bande de fréquences étant nulle si la différence est supérieure à un seuil prédéterminé.. Ce seuil pourra être imposé en raison d'un gabarit à respecter ou de la chute brutale du rapport signal sur bruit dû à une bande de fréquences particulièrement brouillée. 25 L'invention concerne également un procédé de transmission de bits dans un réseau de communication stationnaire par multiplexage sur plusieurs bandes de fréquences, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un procédé de paramétrage de la transmission tel que défini précédemment. L'invention concerne enfin un système de communication pour la transmission 30 de bits dans un réseau de communication stationnaire par multiplexage sur plusieurs bandes de fréquences, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détermination d'une puissance à allouer à chaque bande de fréquences pour que, lors d'une transmission avec un nombre de bits prédéterminé, le taux d'erreur soit inférieur à un taux d'erreur prédéterminé. 2903547 -6- L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un système de communication dans lequel un exemple de mode de réalisation préféré de l'invention est mis en oeuvre ; - la figure 2 représente une transmission de bits paramétrée à l'aide d'un procédé selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est un graphique représentant un exemple d'évolution d'un rapport signal sur bruit en fonction de la fréquence. On a représenté sur la figure 1 un système de communication 10 comportant deux dispositifs, respectivement d'émission 11 et de réception 12, communiquant entre eux à travers un réseau stationnaire 14. Ces dispositifs 11, 12 sont aptes à communiquer dans les deux sens de transmission, c'est-à-dire que chaque dispositif 11, 12 est apte à envoyer ou recevoir des informations. Chaque dispositif d'émission 11 et de réception 12 comporte un modem (modulateur-démodulateur) apte à convertir des bits en signaux portés par des ondes et vice-versa. On a représenté sur la figure 2 des étapes d'un procédé de transmission de bits dans le système 10 par multiplexage sur plusieurs bandes de fréquences. Ce procédé 20 comporte un procédé préalable de paramétrage de la transmission selon un exemple de mode de réalisation de l'invention, permettant de déterminer des paramètres de transmission en vue d'une transmission correcte. Ces paramètres sont le nombre de bits et la puissance à allouer à chaque bande de fréquence. Le procédé de paramétrage comporte une étape préalable classique 100 de 25 détermination, pour chaque bande de fréquences, et pour une puissance prédéterminée préalablement allouée à cette bande de fréquence, d'un rapport signal sur bruit. Au cours de cette étape 100, la puissance prédéterminée, dite puissance équirépartie, est obtenue en répartissant équitablement une puissance totale disponible entre toutes les bandes de fréquences, afin que les rapports signal sur bruit des bandes de fréquences ne dépendent 30 que de la fréquence et de divers bruits (parasites, interférences, etc.). Un exemple de courbe représentant le rapport signal sur bruit RSB en fonction de la fréquence f est représenté sur la figure 3. La détermination des rapports signal sur bruit est généralement réalisée par le dispositif de réception 12, qui peut renvoyer les valeurs déterminées au dispositif 35 émetteur 11. Ainsi, le dispositif émetteur 11 apprend quelles sont les rapports signal sur 5 10 15 2903547 -7- bruit associés à chaque bande de fréquences, et en déduit quelles sont les bandes de fréquences qui permettent une bonne transmission. On passe alors à une étape 110 d'attribution d'un premier nombre prédéterminé de bits à chaque bande de fréquences. De préférence, ce nombre 5 prédéterminé de bits est le même pour toutes les bandes de fréquences, mais on pourrait, en variante, ne pas attribuer un même nombre de bits à toutes les bandes de fréquences et l'attribuer, par exemple, seulement à au moins deux ou à au moins la moitié des bandes de fréquences. Le nombre prédéterminé de bits peut être arbitraire (par exemple 4, 5 ou 6 10 bits, ce qui correspond respectivement à une constellation de 16, 32 ou 64 bits), ou peut être choisi de façon à optimiser un débit, comme cela sera précisé plus bas. Le procédé de paramétrage comporte également une étape 120 de détermination d'une puissance postérieurement allouée à chaque bande de fréquences à l'aide de moyens de détermination prévus à cet effet. Ces moyens de détermination 15 peuvent être agencés dans le dispositif de réception 12, qui devrait alors renvoyer les valeurs des puissances déterminées au dispositif d'émission 11, ou agencés dans le dispositif d'émission 11 dans le cas où les valeurs de rapports signal sur bruit déterminées sont renvoyées à ce dispositif d'émission 11. La puissance postérieurement allouée à chaque bande de fréquences est 20 déterminée de façon que, lors d'une transmission avec le nombre de bits prédéterminé, le taux d'erreur soit inférieur à un taux d'erreur prédéterminé, par exemple 1 bit erroné par 500 bits transmis. On rappelle que le taux d'erreur dépend à la fois de la puissance allouée à une bande de fréquences, du rapport signal sur bruit de cette bande de fréquences, du 25 nombre de bits transmis sur cette bande et du codage canal (code correcteur) utilisé. Ainsi, pour chaque bande de fréquences, plus le rapport signal sur bruit est élevé, moins on attribue de puissance à cette bande de fréquences. Par exemple, la puissance allouée à chaque bande de fréquences peut être proportionnelle à l'inverse du rapport signal sur bruit préalablement déterminé pour cette bande de fréquences. Dans ce cas, on utilise de 30 préférence une constante de proportionnalité dépendant d'au moins un éléments choisi parmi le taux d'erreur prédéterminé, le nombre de bits prédéterminé et un codage canal associé à la transmission. Par exemple, dans le cas où le nombre de bits prédéterminé est 4 (portés par une constellation MAQ de 16 points), il est connu qu'un rapport signal sur bruit d'au moins 35 10 dB est nécessaire pour une transmission avec un taux d'erreur inférieur à 1/500. 2903547 -8- Ainsi, lorsque, pour une bande de fréquences donnée, le rapport signal sur bruit est supérieur à 10 dB (voir figure 3), on alloue une puissance postérieure inférieure à la puissance préalablement allouée (puissance équirépartie) ayant servi à la détermination du rapport signal sur bruit, cette puissance postérieurement allouée étant 5 déterminée de façon à ramener le rapport signal sur bruit à 10 dB lors de la transmission. La puissance ainsi économisée est allouée à une bande de fréquences dont le rapport signal sur bruit est inférieur à 10 dB. La quantité de puissance allouée est choisie pour être suffisante pour que le rapport signal sur bruit atteigne 10 dB. En répartissant la puissance de cette manière, on obtient un grand nombre de 10 bandes de fréquences aptes à une transmission correcte. On notera que lorsqu'on augmente le nombre prédéterminé de bits, le rapport signal sur bruit nécessaire pour un taux d'erreur acceptable augmente (12,5 dB pour 5 bits, 15 dB pour 6 bits, etc.). Ainsi, plus le nombre prédéterminé de bits est élevé, moins le nombre de bandes de fréquences aptes à une bonne transmission est élevé, mais 15 chaque bande transmet davantage d'informations. Afin d'optimiser le débit, il faut rechercher un compromis optimal entre le nombre de bandes porteuses dont la transmission est correcte et la quantité de bits transmis sur chaque bande porteuse. A cet effet, pour chaque bande de fréquences, on répète les étapes 110 et 120 en utilisant au moins un deuxième nombre prédéterminé de 20 bits, et on détermine, pour chaque nombre prédéterminé de bits utilisé, le débit obtenu. On détermine ensuite celui des nombres prédéterminés de bits pour lequel le débit de transmission est le plus haut, ce nombre déterminé étant utilisé pour la transmission. En variante, on déterminer celui des nombres prédéterminés de bits pour lequel on obtient un débit au moins égal à un débit prédéterminé, tout en allouant une 25 puissance totale minimale aux bandes de fréquences. Dans ce cas, on recherche une économie de puissance plutôt qu'une optimisation du débit de transmission. Le procédé de transmission comporte, à la suite du procédé de paramétrage, une étape 130 de transmission des bits en utilisant les paramètres déterminés lors du paramétrage, c'est-à-dire le nombre prédéterminé de bits choisi et les puissances 30 allouées à chaque bande de puissance. On notera que les répétitions des étapes 110 et 120 peuvent être réalisées pendant la transmission, le débit étant alors modifié en cours de transmission pour atteindre le débit maximal. On décrit ci-après quelques variantes du procédé selon l'invention. 35 Dans une première variante, il est possible, à la suite de l'étape 100, de ranger les bandes de fréquence dans un ordre de rapports signal sur bruit décroissants, 2903547 -9- afin de faciliter la recherche de bandes de fréquences dont le rapport signal sur bruit est supérieur à un seuil prédéterminé correspondant au taux d'erreur prédéterminé. Conformément à une autre variante, on peut déterminer la différence entre des rapports signal sur bruit de première et seconde bandes de fréquences consécutives, 5 la puissance allouée à la seconde bande de fréquences étant nulle si la différence déterminée est supérieure à un seuil prédéterminé. Cette variante permet de repérer de manière simple et efficace les bandes de fréquences dont les transmissions sont les plus perturbées par des bruits (parasites, interférences...), la seconde bande de fréquences ayant un rapport signal sur bruit très inférieur à celui de la bande de fréquences 10 précédente. Une telle bande de fréquences n'est alors pas utilisée pour transmettre des bits, puisqu'elle nécessiterait trop de puissance allouée. Il est en effet préférable d'allouer cette puissance à plusieurs autres bandes de fréquences dont la transmission est de meilleure qualité. On notera enfin que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation et aux 15 variantes précédemment décrits, mais englobe toute variante entrant dans le cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Procédé de paramétrage d'une transmission de bits dans un réseau (14) de communication stationnaire par multiplexage sur plusieurs bandes de fréquences, caractérisé en ce qu'il comporte une étape (120) de détermination d'une puissance à allouer à chaque bande de fréquences pour que, lors d'une transmission (130) avec un nombre de bits prédéterminé, le taux d'erreur soit inférieur à un taux d'erreur prédéterminé. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on retient le même nombre de bits prédéterminé pour au moins deux des bandes de fréquences, par exemple pour au moins une moitié du nombre total des bandes de fréquences, de préférence pour sensiblement toutes les bandes de fréquences. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le nombre de bits étant un premier nombre, on répète pour chaque bande de fréquences l'étape (120) de détermination de puissance avec au moins un deuxième nombre prédéterminé de bits, et on détermine celui des nombres pour lequel un débit de transmission est le plus haut. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le nombre de bits étant un premier nombre, on répète pour chaque bande de fréquences l'étape (120) de détermination de puissance avec au moins un deuxième nombre prédéterminé de bits, et on détermine celui des nombres pour lequel un débit de transmission est au moins égal à un débit prédéterminé et une puissance totale allouée à l'ensemble des bandes de fréquences est la plus basse. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, la puissance étant la puissance postérieurement allouée, le procédé comporte une étape préalable (100) de détermination, pour chaque bande de fréquences et pour une puissance préalablement allouée à cette bande de fréquences, d'un rapport signal sur bruit (RSB), la puissance postérieurement allouée à une bande de fréquences étant d'autant plus basse que le rapport signal sur bruit préalablement déterminé pour cette bande de fréquences est élevé. 6. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on alloue à au moins une des bandes de fréquences une puissance proportionnelle à l'inverse du rapport signal sur bruit préalablement déterminé pour cette bande de fréquences, avec de préférence une constante de proportionnalité dépendant d'au moins l'un des éléments suivants : le taux d'erreur prédéterminé, le nombre de bits prédéterminé et un codage canal associé à la transmission. 2903547 -11- 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel l'étape (120) de détermination de la puissance à allouer est effectuée pour les bandes de fréquences par ordre décroissant de rapport signal sur bruit. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, comportant une 5 étape de détermination d'une différence entre des rapports signal sur bruit de première et seconde bandes de fréquences consécutives, la puissance allouée à la seconde bande de fréquences étant nulle si la différence est supérieure à un seuil prédéterminé. 9. Procédé de transmission de bits dans un réseau de communication stationnaire par multiplexage sur plusieurs bandes de fréquences, caractérisé en ce qu'il 10 met en oeuvre un procédé de paramétrage de la transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Système de communication (10) pour la transmission de bits dans un réseau (14) de communication stationnaire par multiplexage sur plusieurs bandes de fréquences, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détermination d'une 15 puissance à allouer à chaque bande de fréquences pour que, lors d'une transmission avec un nombre de bits prédéterminé, le taux d'erreur soit inférieur à un taux d'erreur prédéterminé.