Brevet FR2905542A1 — publié le 20080307

PROCEDE D'EMISSION A ETALEMENT AVEC ALLOCATION DE PUISSANCE PAR UTILISATEUR ET PAR SYMBOLE La présente invention se rapporte de manière générale aux communications dites numériques, qui font partie du domaine des télécommunications. Les communications numériques comprennent en particulier les communications sans fil dont le canal de transmission est le canal aérien ainsi que les communications filaires. Au sein de ce domaine, l'invention se rapporte aux procédés d'émission et plus particulièrement aux techniques de transmission à étalement selon deux dimensions pour des systèmes multi porteuses. L'étalement selon chacune des dimensions est obtenu par duplication pondérée au moyen d'un code d'étalement qui permet de superposer des échantillons concernant des utilisateurs différents. Ces techniques comprennent en particulier les techniques du type OFCDM (acronyme anglais de Orthogonal Frequency Code Division Multiplexed) autrement connues sous l'acronyme MC-CDMA(acronyme anglais de Multi carriers-Code Division Multiple Access), avec un étalement dans les domaines temporel et fréquentiel. Une caractéristique essentielle des techniques de transmission de type MCCDMA est de compenser la perte de débit introduite par la duplication des symboles par une augmentation de débit obtenue par l'empilage de plusieurs symboles de différents utilisateurs sur le même intervalle temporel ou la même fréquence porteuse. La figure 1 est une illustration de cet effet d'empilement sur les axes temporel et fréquentiel de symboles de différents utilisateurs obtenu au moyen de l'étalement dans les domaines temporel et fréquentiel. Par ailleurs, une caractéristique commune aux techniques multi porteuses est de réduire le débit au niveau de chaque sous porteuse tout en fournissant un débit de transmission bits élevé en utilisant simultanément ces sous porteuses. La bande de fréquence est divisée en petites plages attribuées chacune respectivement aux différentes sous porteuses. Les sous porteuses sont orthogonales entre elles. Cette propriété est obtenue par un espacement entre sous porteuses multiple de l'inverse de la durée symbole. Un système à modulation multi porteuses peut permettre de fournir une immunité contre un évanouissement sélectif en fréquence intervenant lors de la transmission par le canal du fait que toutes les sous porteuses ne 2905542 2 sont pas soumises simultanément à cet évanouissement. Toutefois, pour lutter contre ce phénomène d'évanouissement, le canal de transmission doit malgré tout être estimé et corrigé pour chaque sous porteuse lors de la réception du signal transmis. Un émetteur MC-CDMA effectue plusieurs traitements sur les données binaires 5 d'entrée haut débit pour générer un signal dit MC-CDMA qui est transmis par le canal. Ainsi, les données binaires haut débit sont codées, par exemple avec un code convolutionnel, et modulées, par exemple par une modulation de type xPSK ou xQAM, le codage et la modulation pouvant être différents entre utilisateurs. Les données modulées sont ensuite converties sous forme parallèle en plusieurs flux de IO données modulées bas débit. L'étalement temporel est obtenu d'une part par la duplication de chaque donnée modulée bas débit, dit symbole, pour obtenir SFt symboles à partir d'une donnée modulée bas débit, la multiplication de chaque symbole par un élément (chip en langage anglosaxon) du code à étalement temporel et d'autre part une mise en parallèle dans le domaine temporel de ces différents symboles 15 pondérés pour qu'ils soient typiquement modulés par une sous porteuse dans des symboles MC-CDMA différents. La figure 2 donne une illustration dans le plan temps fréquence de l'étalement. Chaque flux initial est donc dupliqué pour donner SFt flux de symboles issus de l'étalement en temps. Selon l'illustration, les symboles étalés en temps sont répartis respectivement sur des symboles orthogonaux successifs et 20 différents. L'étalement dans le domaine fréquentiel est obtenu en dupliquant plusieurs fois chaque symbole issu de l'étalement temporel pour obtenir en tout SFf symboles, en multipliant respectivement chacun de ces SFf symboles par un élément (chip en langage anglosaxon) du code à étalement fréquentiel et en les répartissant sur SFf sous porteuses d'un modulateur orthogonal. Ce modulateur génère des symboles 25 orthogonaux dits MC-CDMA. Après étalement temporel et fréquentiel, chaque symbole étalé qui module la sous porteuse p, avec p=0,1,...Nc-1 et Nc le nombre de sous porteuses, peut s'écrire sous la forme condensée suivante : (k) ù (k) (k) xp,n ù dLpISFfj,n/SFt X c(pmodsFf),(nmodSFt) (1) avec, 30 d; (iû0,1,...,Nc/SF, j=0,1,...,Nd/SFt) les données modulées ou symboles, c;j (i=0,1,...,SFf, j=0,1,...,SFt) la séquence de codes à deux dimensions, Lz j la valeur du plus grand entier inférieur ou égal à z, c'est-à-dire la partie entière de z, k l'indice d'utilisateur et, 2905542 3 n l'indice de symbole MC-CDMA, Nd le nombre de symboles MC-CDMA dans une trame. Le facteur d'étalement SF s'exprime sous la forme SF = SF, x SFf avec SF et SFf les valeurs d'étalement respectivement dans le domaine temporel et dans le 5 domaine fréquentiel. Le nombre de données d'entrée modulées dans une trame est donné par la relation : (NexNd)/(SFxSFf). Un multiplexeur effectue le multiplexage des symboles étalés appartenant à différents utilisateurs pour un symbole MC-CDMA n et pour une porteuse p donnés. 10 Cette fonction de multiplexage peut se traduire par la relation : .xn n = E xn7 (2) k=0 Le multiplexeur positionne les symboles xp, , en entrée du modulateur à transformée de Fourier inverse (IDFT) en regard de la sous porteuse correspondant à leur indice p. 15 Les symboles xp,, sont convertis en symbole orthogonaux MC-CDMA au moyen d'une division fréquentielle obtenue par une transformée de Fourier discrète inverse à Nfft points (IDFT). La durée d'un symbole MC-CDMA est donc égale à : Td = Nfft x Tfft avec Tfft l'inverse de l'écart inter-porteuses. Les symboles orthogonaux MC-CDMA résultants sont convertis sous forme 20 analogique par un convertisseur numérique/analogique pour générer un signal MCCDMA et converti par un convertisseur de fréquence (U/C) vers une bande radio fréquence (RF) pour émission vers le canal de transmission. Typiquement, un système MC-CDMA transmet NFFT symboles xp,, pendant la n-ième période symbole orthogonal MC-CDMA sur Nfft sous canaux déterminés par 25 des sous porteuses espacées de AF=l/Tfft. Pour combattre l'interférence inter symboles (ou ISI acronyme anglais de Inter Symbol Interference) et l'interférence entre porteuses (ou ICI acronyme anglais de Inter Carrier Interference), un intervalle de garde (Guard Interval (GI)) tel qu'un préfixe cyclique (Cyclic Prefix (CP)) ou Zero Padding (ZP)) de Ng points est ajouté à 30 chaque symbole orthogonal MC-CDMA. Cet intervalle de garde permet de ne pas avoir de recouvrement entre symboles orthogonaux MC-CDMA quand le retard de transmission est inférieur à la durée de cet intervalle. La durée totale Tg de l'intervalle de garde est égale à Tg = Ng x Tfft avec Tfft la durée d'un échantillon de la FFT, 2905542 4 sachant que la durée d'un symbole orthogonal MC-CDMA est égale à Td = Nfft x Tfft . Le signal MC-CDMA s'exprime alors sous la forme : Nd-1 Nfft-I s(k)(t) = 1 x E x, p, n x e1'~ptr_u(hfft+NB))~Nfft x u(t û n(Td +Tg)) (3) ~Nfft q.p pWp expression dans laquelle le terme u(t) est la fonction porte définie sur 5 l'intervalle [0, Td+Tg] et xp,,, est la composante relative à l'utilisateur k du signal transmis qui module la p1èm' sous porteuse du nième symbole MC-CDMA. En prenant comme hypothèse que le canal de transmission se compose de P trajets discrets caractérisés chacun par une amplitude et un retard alors la réponse impulsionnelle en bande de base du canal, pour l'utilisateur k, peut s'exprimer sous la 10 forme : p-' 11( (t , i) = E a k} (t).B(T ù r,,) p=0 avec ai, et rp respectivement le gain complexe de canal et le retard du p;èm trajets dit délai d'étalement (delay spread). La puissance totale transmise par le canal sur les différentes sous-porteuses est normalisée à 1. En outre, il est considéré que 15 7maxû1.11ax T~ REVENDICATIONS 1. Procédé (1) d'émission mufti porteuses, sur au moins une antenne d'émission, de symboles orthogonaux issus d'un module de modulation par Nfft fonctions orthogonales (MoD) déterminant Nfft sous porteuses sur lesquelles sont modulés des symboles représentatifs de données d'information d'entrée regroupées par trame et associées à Nu utilisateurs, du type à étalement des symboles avant modulation orthogonale selon deux dimensions au moyen d'un code d'étalement, le nombre d'éléments constitutif du code déterminant le nombre maximum rti l ï sateues Numax, le nombre d'utilisateurs Nu étant déterminé infé leur ou . égal à c maximum, caractérisé en ce que ledit procédé comprend : - une étape de détermination d'au moins un jeu de puissances pe.(k) émises par une antenne par symbole m relatif à un utilisateur k, constantes sur la durée d'une trame, dont la répartition entre utilisateurs k minimise un critère d'erreur globale sous contrainte que la somme des puissances pe{ki du jeu soit égale au produit du nombre d'utilisateurs Nu et de la puissance émise par l'antenne d'émission par symbole en moyenne sur les utilisateurs, le signal émis par 15 l'antenne d'émission étant émis avec les puissances pe.(k) détenninées par symbole m et par utilisateur k, k = 1, ..., Nu . 2. Procédé (1) d'émission mufti porteuses selon la revendication précédente, dans lequel la minimisation du critère d'erreur globale est effectuée au moyen d'un algorithme à Lagrangien 3. Procédé (1) d'émission multi porteuses selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le critère d'erreur globale correspond à un taux d'erreur bit globale (BER). 4. Procédé (1) d' émi i ssion multi porteuses selon la revendication précédente, dans lequel le taux 25 d'erreur bit f obale est estimé par une fonction exponentielle 5. Procédé (1) J omission multi porteuses selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le critère d'erreur tlobale correspond à un taux d'erreur de paquet globale (PER). 6. Procédé f 1.1 d'émission multi porteuses selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la contrainte tient compte d'un niveau de priorité en chaque puissance pe intervenant dans la somme. Procédé (1) d'émission multi porteuses selon l'une des revendications précédentes, dans 35 lequel la modulation est une modulation adaptative en fonction de l'utilisateur. tilisateurs qui vient pondérer 2905542 8. Procédé (1) d'émission multi porteuses selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'émission intervient sur Nt antennes d'émission et dans lequel il y a autant de jeux de puissances détel minées que d'antennes d'émission. 5 9. Emetteur (EM) pour un système à Nt antennes d'émission (TX) et Nr antennes de réception (RX) séparées par un canal de transmission (CH), avec Nt 1 et Nr 1, comprenant un module (MoD) de modulation par Nfft fonctions orthogonales déterminant Nfft sous porteuses sur lesquelles sont modulés des symboles représentatifs de données d'information 10 d'entrée regroupées par trame et associées à Nu utilisateurs, du type à étalement des symboles avant modulation orthogonale selon deux dimensions au moyen d'un code d'étalement, le nombre d'éléments constitutif du code déterminant le nombre maximum d'utilisateurs Numax, le nombre d'utilisateurs Nu étant déterminé inférieur ou égal à ce maximum, caractérisé en ce qu'il comprend en outre 15 un module de détermination d'au moins un jeu de puissances pe( ) émises par une antenne d'émission par symbole m relatif à un utilisateur k, constantes sur la durée d'une trame, dont la répartition entre utilisateurs k minimise un critère d'erreur globale sous contrainte que la somme des puissances pe du jeu soit égale au produit du nombre d'utilisateurs Nu et de la puissance émise par l'antenne d'émission par symbole en moyenne sur les utilisateurs, le signal émis par l'antenne d'émission étant émis avec les puissances pe(k) déterminées par symbole m et par utilisateur k, k =1,..., Nu . 10. Système (Sy) de transmission comprenant un émetteur (EM) selon la revendication précédente. 11. Programme d'ordinateur sur un support d'informations, ledit programme comportant des instructions de programme adaptées à la mise en oeuvre d'un procédé d'émission pour un système (SY) à Nt antennes d'émission (TX) et Nr antennes de réception (RX) séparées par un canal de transmission (CH), selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans un émetteur. 12. Support d'informations comportant des instructions de programme adaptées à la mise en oeuvre d'un procédé d'émission pour un système à Nt antennes d'émission et Nr antennes de réception séparées par un canal de transmission, selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans un émetteur.