Brevet FR2915333A1 — publié le 20081024

La présente invention concerne un procédé d'émission par un émetteur comportant une unique antenne, d'un ensemble de données à destination d'un récepteur comprenant au moins une première et une seconde antennes. Dans les systèmes de télécommunication basés sur le transfert d'ondes 5 électromagnétiques par un émetteur, les ondes électromagnétiques reçues par le récepteur ne sont pas identiques à celles transférées par l'émetteur. Du fait des trajets multiples liés aux différentes réflexions d'une onde électromagnétique sur des obstacles, lorsqu'un émetteur envoie une onde électromagnétique, le récepteur reçoit une pluralité d'ondes électromagnétiques 10 décalées dans le temps. De nouvelles méthodes de télécommunication tirent profit de cette pluralité d'ondes électromagnétiques reçues. Parmi ces méthodes, celle du retournement temporel, ou Time Reversai en terminologie anglo-saxonne, des ondes électromagnétiques transmises est particulièrement prometteuse. Classiquement, dans 15 une phase d'apprentissage du canal, l'émetteur émet une onde électromagnétique, par exemple sous la forme d'une impulsion, le récepteur enregistre les impulsions électromagnétiques reçues, transfère des informations représentatives des impulsions reçues à l'émetteur qui calcule un filtre de retournement temporel de manière à retourner temporellement le signal transmis. 20 Les signaux représentatifs de données à transmettre sont filtrés par le filtre de retournement temporel pour être ensuite émis à destination du récepteur. L'émetteur transfère ainsi une pluralité d'impulsions électromagnétiques de manière à ce que le récepteur reçoive une impulsion électromagnétique. Le retournement temporel a été étudié dans des systèmes de télécommunication 25 SISO (Single Input Single Output), dans lesquels l'émetteur et le récepteur comportent chacun une unique antenne. Dans ce cas, les trajets multiples sont combinés en phase, et le canal équivalent se rapproche d'un canal idéal à Bruit Blanc Additif Gaussien (BBAG) ou AWGN en anglais, pour Additive White Gaussian Noise. Par conséquence, la capacité de transmission selon la théorie de Shannon, exprimée en 30 bits par seconde et par Hertz, est de l'ordre de CTR_SJSO = loge (1 + p) où p est le rapport signal sur bruit en réception. Afin d'améliorer la capacité de transmission, ont été proposés des systèmes de télécommunication MISO (Multiple Input Single Output) dans lesquels l'émetteur comporte M antennes, avec M>1 et le récepteur une antenne. Ces systèmes de télécommunication permettent d'améliorer le rapport signal à bruit avec un facteur M et offrent une capacité de transmission exprimée en bits par seconde et par Hertz de l'ordre de CTR-1Nbso û Iog 2 (1 + Mp) . La réalisation de tels systèmes de télécommunication est coûteuse, en particulier pour la réalisation de l'émetteur. L'invention a pour but de résoudre les inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé et un dispositif d'émission de signaux électromagnétiques à destination d'un récepteur comprenant au moins une première et une seconde antennes qui permettent d'augmenter la capacité de transmission tout en étant simples et peu coûteux à réaliser. A cette fin, selon un premier aspect, l'invention propose un procédé d'émission par un émetteur comportant une unique antenne, d'un ensemble de données à destination d'un récepteur comprenant au moins une première et une seconde antennes, caractérisé en ce que le procédé comporte les étapes de : - obtention, à partir d'informations représentatives d'un premier canal existant 15 entre l'antenne de l'émetteur et la première antenne du récepteur, d'un premier filtre de retournement temporel, - obtention, à partir d'informations représentatives d'un second canal existant entre l'antenne de l'émetteur et la seconde antenne du récepteur, d'un second filtre de retournement temporel, 20 - division de l'ensemble de données en au moins un premier et un second flux de données, - filtrage de signaux représentatifs du premier flux de données par le premier filtre de retournement temporel, - filtrage de signaux représentatifs du second flux de données par le second filtre 25 de retournement temporel, - émission de la somme des premier et second flux filtrés. Corrélativement, la présente invention concerne un dispositif d'émission d'un ensemble de données à destination d'un récepteur comprenant au moins une première et une seconde antennes, caractérisé en ce que le dispositif d'émission comporte une 30 unique antenne et comporte : - des moyens d'obtention, à partir d'informations représentatives d'un premier canal existant entre l'antenne du dispositif d'émission et la première antenne du récepteur, d'un premier filtre de retournement temporel, 3 - des moyens d'obtention, à partir d'informations représentatives d'un second canal existant entre l'antenne du dispositif d'émission et la seconde antenne du récepteur, d'un second filtre de retournement temporel, - des moyens de division de l'ensemble de données en au moins un premier et 5 un second flux de données, - des moyens de filtrage de signaux représentatifs du premier flux de données par le premier filtre de retournement temporel, - des moyens de filtrage de signaux représentatifs du second flux de données par le second filtre de retournement temporel, 10 - des moyens d'addition et d'émission des premier et second flux filtrés. Ainsi, la capacité de transmission est augmentée sans que l'émetteur soit coûteux à réaliser. De plus, cette capacité ainsi obtenue est supérieure à celle d'un système SIMO (Single Input Multiple Output) classique sans retournement temporel, avec ou sans connaissance du canal au niveau de l'émetteur. 15 Selon un mode particulier de l'invention, l'émetteur détermine une intercorrélation entre le premier canal et le second canal et décide d'un traitement à appliquer pour la transmission des flux de données si l'intercorrélation déterminée est supérieure à un seuil prédéterminé. Ainsi, lorsque des interférences existent entre les canaux, celles-ci pénalisent 20 fortement la qualité de réception des données. En décidant d'un traitement à appliquer pour la transmission des flux de données si l'intercorrélation déterminée est supérieure à un seuil prédéterminé, la présente invention garantit la bonne réception des données par le récepteur. Selon un mode particulier de l'invention, le traitement consiste à appliquer, pour 25 la transmission des flux à filtrer par retournement temporel, le même filtre de retournement temporel aux signaux représentatifs du premier et du second flux de données, le filtre de retournement temporel étant obtenu à partir d'informations représentatives d'un des canaux existant entre l'antenne de l'émetteur et une des antennes du récepteur. 30 Ainsi, la présente invention garantit la bonne réception des données par le récepteur et selon le niveau d'interférence, l'ensemble des canaux sera utilisé ou non. Selon un mode particulier de l'invention, le récepteur comprend M antennes, avec M>2,. Pour chaque canal existant entre l'antenne de l'émetteur et chacune des M antennes du récepteur, un filtre de retournement temporel est obtenu. L'intercorrélation est déterminée en calculant la convolution entre au moins un canal et chaque filtre de retournement temporel, et le traitement à appliquer pour la transmission des flux de données, si au moins une intercorrélation déterminée est supérieure au seuil prédéterminé, consiste à diviser l'ensemble de données en N flux de données et à filtrer chaque flux de données respectivement par un filtre de retournement temporel différent du ou de chaque filtre de retournement temporel pour lequel l'intercorrélation est supérieure au seuil prédéterminé. Ainsi, la présente invention garantit la bonne réception des données par le récepteur et selon le niveau d'interférence, l'ensemble des canaux sera utilisé ou non. Selon un mode particulier de l'invention, le traitement à appliquer sur le second flux est une permutation circulaire des coefficients du filtre filtrant par retournement temporel les signaux représentatifs du second flux de données, les coefficients étant décalés à droite selon la première formule : aN-k+n 0n _ k ou à gauche par permutation circulaire selon la seconde formule : an+k 0 Nûk où k est une valeur entière positive, N est le nombre de coefficients du filtre et aä est le nième coefficient du filtre. Selon un mode particulier de l'invention, k est égal à la valeur entière de x*N où : 0 Ainsi, la présente invention garantit la bonne réception des données par le récepteur tout en maintenant une capacité de transmission élevée. La présente invention concerne aussi un système de transmission comportant un émetteur tel que susmentionné et un récepteur dont les première et seconde antennes du récepteur sont espacées de moins de 0,4 fois la longueur d'onde correspondante à la fréquence minimale du spectre des flux filtrés. Ainsi, le couplage mutuel entre les première et seconde antennes est important et modifie le diagramme de rayonnement des antennes. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : la Fig. 1 représente l'architecture du système de télécommunication dans lequel la présente invention est implémentée ; 5 la Fig. 2 représente un schéma bloc du module de transmission de données de l'émetteur selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; la Fig. 3 représente un schéma bloc du module de transmission de données de l'émetteur selon un second mode de réalisation de la présente invention ; la Fig. 4 représente un algorithme exécuté par un émetteur selon la présente invention. La Fig. 1 représente l'architecture du système de télécommunication dans lequel la présente invention est implémentée. Dans le système de télécommunication selon la présente invention, un émetteur 10 comprenant une unique antenne Ante transfère des données à un récepteur 20 comprenant M antennes notées Antrl à AntrM, où M est au moins égal à deux. Ce système de télécommunication est appelé un système simple entrée multiple sortie connu sous l'acronyme SIMO. Selon l'invention, l'émetteur 10 émet une onde électromagnétique de test telle qu'une impulsion par l'intermédiaire de son antenne Ante. Le récepteur 20 mesure la réponse du canal hl(t), h2(t), hM(t) pour chacune de ses antennes Antr1, Antr2 à AntrM. La réponse de chaque canal h,,,() avec m=1 à m est représentative des trajets multiples, des délais de propagation et des atténuations du signal électromagnétique transmis. Le récepteur 20 transfère des informations représentatives de la réponse de chaque canal hm(t) à l'émetteur 10. L'émetteur 10 comporte un module de calcul de filtres 120 qui détermine M filtres de retournement temporel CI (0, C2(t), C,,,I(t). Chaque filtre de retournement temporel C,,,(t) est calculé respectivement à partir de hm(t) avec m=1 à M. L'émetteur 10 comporte un module de transmission 100. Le module de transmission 100 décompose l'ensemble de données à transmettre au récepteur 20 en au maximum M flux de données xl(t), x2(t) et xj(t) qui sont respectivement filtrés par un filtre respectif de retournement temporel CI (0, C2(t), CM(t) pour enfin être sommés et transmis simultanément au récepteur 20. Le module de transmission 100 sera décrit plus en détail en référence aux Figs. 2 et 3. L'émetteur 10 comporte un module de calcul d'intercorrélation 130 qui détermine au moins l'intercorrélation entre au moins un canal et un autre canal. Par exemple, l'intercorrélation entre au moins un canal et un autre canal est exécutée en calculant la convolution entre le canal et le filtre filtrant par retournement temporel les signaux représentatifs d'un flux de données transmis sur l'autre canal. L'émetteur 10 comporte un module de décision 110 qui détermine au moins un traitement à effectuer sur au moins un flux de données en fonction de la au moins une intercorrélation calculée. Chaque canal h1(t), h2(t), hM(t) joue le rôle d'un filtre et les flux de données xj(t), x2(t) et xm(t) sont respectivement reçus par les antennes Antrl à AntrM du récepteur 20. Le récepteur 20 comporte M modules de réception RX1, RX2 à RXM. Chaque module de réception RXm, avec m=1 à m, traite le flux de données xm(t) avec m=1 à M. Les flux de données sont ensuite regroupés en un ensemble de données par un convertisseur parallèle série PS. Si X(t) est l'ensemble de données à transmettre, xi (0, x2(t) et xm(t) sont les M flux de données, le signal électromagnétique S(t) transféré par l'émetteur 10 est égal m à : S(t) = E xm (t) Cm (t) où représente le produit de convolution. m=1 Chaque filtre de retournement temporel Cm(t) est calculé selon la formule suivante : Cm (t) = A,nhm (ùt) où Am est l'amplitude d'émission du flux de données xm(t). Am est par exemple égale à A. = ~1 + ou à A = 1 où m --l~Ilhm1I2 m ~IIhmII2 m=1 I hm 112 est la puissance moyenne du canal hm existant entre l'antenne Ante de l'émetteur et l'antenne Antrm du récepteur. Selon le premier exemple, un canal ayant une faible puissance moyenne à la 25 réception ne dispose que d'une faible partie de la puissance d'émission. Selon le second exemple, chaque canal dispose de la même puissance d'émission. Le signal reçu par le module de réception Mn, est donné par : ym (t) = S(t) hm (t) + N(t) ,t9 Xk (t) Ak hk (-t) hm (t) + N(t) ym (t) = AmRhmhn (t) 0 xm (t) + 7 M E AkRhkhn, (t) 0 Xk (t) k=1 k≠m + N(t) dans laquelle N(t) est le bruit au niveau du récepteur 20, Rh,,,,,. (t) = hm (ùt) hm (t) est l'autocorrélation de hm (t) représentative du signal souhaité. R, uhm (t) = hk (ùt) hn, (t) représente la convolution entre le k'ème filtre de retournement temporel Ck(t) et le mrème canal hm ou en d'autres termes l'intercorrélation entre le kiè' canal hk et le m1ème canal hm La capacité de transmission du système SIMO selon la présente invention est de l'ordre de : CsJMo =M1ogZ 1+ 1 M. S M N+I où S est la puissance reçue, I la puissance des signaux d'interférences et N la puissance du bruit au niveau du récepteur 20. La division par M de la puissance du signal reçu est due à la normalisation de la puissance transmise. Par ailleurs, cette équation montre aussi une augmentation linéaire de la capacité en fonction du nombre d'antennes. Ce résultat montre une amélioration de la capacité par rapport à un système SIMO classique n'utilisant pas de retournement temporel dont la capacité de transmission est donnée par : Cs,MO classique = loge 1 + M. ùS J N La présente invention propose ainsi une technique exploitant la connaissance du canal et permettant d'augmenter la capacité de transmission. Il est à remarquer ici que les signaux d'interférence dépendent de la décorrélation entre les canaux qui est définie par l'étalement des délais de propagation des ondes électromagnétiques réfléchies, de l'étalement angulaire des ondes électromagnétiques réfléchies et de la distance effective de décorrélation entre les antennes Antrl à AntrM du récepteur 20. La distance effective est différente de la distance physique. Lorsque les antennes Antrl à AntrM sont espacées de moins de 0, 4 fois la longueur d'onde correspondante à la fréquence minimale du spectre du signal émis, le couplage mutuel est important et modifie le diagramme de rayonnement des antennes Antrl à AntrM. La distance de décorrélation effective est réduite, ce qui permet de décorréler encore plus les canaux. La Fig. 2 représente un schéma bloc du module de transmission de données d'un émetteur selon un premier mode de réalisation de la présente invention. Le module de transmission 100 comprend un convertisseur série parallèle SPI, Mfiltres de retournement temporel C,(t), C2(t), CM(t) et un circuit de sommation add. Le convertisseur série parallèle SPI divise l'ensemble de données à transmettre en au maximum M flux de données xj(t), x2(t) et xn,t(t). Selon la valeur calculée par le module de calcul d'intercorrélation 130 de l'intercorrelation entre chaque canal hk avec k= 1 à M, et chaque canal h", avec m ~ k , le module de décision 110 commande le convertisseur série parallèle SPI pour ne pas former de flux xk(t) à partir de l'ensemble de données X(t) si la corrélation entre le canal hk et le canal hm, au moment de la décision sur le k`ème canal, est supérieure à un seuil prédéterminé qui dépend du niveau d'interférence supporté par le système. Chaque intercorrélation est obtenue en déterminant la convolution entre chaque filtre de retournement temporel Ck(t) avec k= 1 à M, et chaque canal h"ä avec m ~ k . Les au maximum M flux de données xl(t), x2(t) et xM(t) sont respectivement filtrés par un filtre de retournement temporel C,(t), C2(t), Ctit(t) pour enfin être sommés par le circuit de sommation add et transmis simultanément au récepteur 20. Chaque flux de données est ainsi transmis simultanément au récepteur 20. La Fig. 3 représente un schéma bloc du module de transmission de données d'un émetteur selon un second mode de réalisation de la présente invention. Le module de transmission 100 comprend un convertisseur série parallèle SP2, M filtres de retournement temporel CI (t), C2(t), C,,I(t), M moyens de permutation circulaire Permcir1 à PermcirM et un circuit de sommation add. Le convertisseur série parallèle SP2 divise l'ensemble de données à transmettre 25 en Mflux de données xi(t), x2(t) et x,~.J(t). Chaque moyen de permutation circulaire Permcirk est apte à effectuer une permutation circulaire des coefficients du filtre de retournement temporel Cm(t). v-i Chaque filtre de retournement temporel C,"(t) est égal à : C,,, (t) = E a"')S(t ù Tä ) -o où a" représente le n'e"~e coefficient du m1e'ne filtre, S(t) est la fonction de Dirac, r" est la valeur du décalage temporel du coefficient. Les coefficients du filtre sont décalés à droite par permutation circulaire selon la première formule : aN-k+n 05n _k a" = ou à gauche par permutation circulaire selon la seconde formule : 0 ,-.N+k 10 une valeur d'intercorrélation est supérieure au seuil prédéterminé, le dispositif de transmission de données 10 décide d'un traitement à effectuer sur le flux de données correspondant à la valeur d'intercorrélation supérieure au seuil prédéterminé. Par exemple, si à l'instant de décision sur le canal entre les antennes Ante et Antrl, seulement R, , (t) = h, (ût) O h~ (t) est supérieure au seuil prédéterminé, l'émetteur 1.0 décide d'effectuer un traitement sur le flux de données x2 (t). A l'étape suivante E404, l'émetteur 10 applique le traitement. Selon le premier mode de réalisation, et selon l'exemple susmentionné, l'ensemble de données est divisé en M-1 flux de données x,,,(t) avec m=1, 3 à m Selon le second mode de réalisation, et selon l'exemple susmentionné, l'ensemble de données est divisé en M flux de données et le moyen de permutation circulaire Permcir2 est activé. Si toutes les valeurs d'intercorrélation sont inférieures au seuil prédéterminé, l'ensemble de données est divisé en Mflux de données x,n(t) avec m=1 à M. A l'étape suivante E405, les flux de données sont sommés et transmis. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ici, mais englobe, bien au contraire, toute variante à la portée de l'homme du métier et particulièrement la combinaison de différents modes de réalisation de la présente invention. REVENDICATIONS 1) Procédé d'émission par un émetteur comportant une unique antenne, d'un ensemble de données à destination d'un récepteur comprenant au moins une première et une seconde antennes, caractérisé en ce que le procédé comporte les étapes de : - obtention, à partir d'informations représentatives d'un premier canal existant entre l'antenne de l'émetteur et la première antenne du récepteur, d'un premier filtre de retournement temporel, - obtention, à partir d'informations représentatives d'un second canal existant entre l'antenne de l'émetteur et la seconde antenne du récepteur, d'un second filtre de retournement temporel, - division de l'ensemble de données en au moins un premier et un second flux de données, - filtrage de signaux représentatifs du premier flux de données par le premier filtre de retournement temporel, - filtrage de signaux représentatifs du second flux de données par le second filtre de retournement temporel, - émission de la somme des premier et second flux filtrés. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le procédé comporte en outre les étapes de : - détermination d'une intercorrélation entre le premier canal et le second canal, - décision d'un traitement à appliquer pour la transmission des flux de données si l'intercorrélation déterminée est supérieure à un seuil prédéterminé. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le traitement à appliquer pour la transmission des flux consiste à filtrer, par le même filtre de retournement temporel, les signaux représentatifs du premier et du second flux de données, le filtre de retournement temporel étant obtenu à partir d'informations représentatives d'un des canaux existant entre l'antenne de l'émetteur et une des antennes du récepteur. 4) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le récepteur comprend M antennes, avec M>2, pour chaque canal existant entre l'antenne de l'émetteur et chacune des M antennes du récepteur, un filtre de retournement temporel étant obtenu, l'intercorrélation étant déterminée en calculant la convolution entre au moins un canal et chaque filtre de retournement temporel, et en ce que le traitement à appliquer pourla transmission des flux de données, si au moins une intercorrélation déterminée est supérieure au seuil prédéterminé, consiste à diviser l'ensemble de données en N 5) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le traitement à appliquer sur le second flux est une permutation circulaire des coefficients du filtre filtrant par retournement temporel les signaux représentatifs du second flux de données, les coefficients étant décalés à droite selon la première formule N-k+n 0 - - N û k où k est une valeur entière positive, N est le nombre de coefficients du filtre et aä est le nième coefficient du filtre. 6) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que k est égal à la valeur entière de x*N où : 0 7) Dispositif d'émission d'un ensemble de données à destination d'un récepteur comprenant au moins une première et une seconde antennes, caractérisé en ce que le dispositif d'émission comporte une unique antenne et comporte : - des moyens d'obtention, à partir d'informations représentatives d'un premier 10 canal existant entre l'antenne du dispositif d'émission et la première antenne du récepteur, d'un premier filtre de retournement temporel, - des moyens d'obtention, à partir d'informations représentatives d'un second canal existant entre l'antenne du dispositif d'émission et la seconde antenne du récepteur, d'un second filtre de retournement temporel, 15 - des moyens de division de l'ensemble de données en au moins un premier et un second flux de données, - des moyens de filtrage de signaux représentatifs du premier flux de données par le premier filtre de retournement temporel, - des moyens de filtrage de signaux représentatifs du second flux de données par 20 le second filtre de retournement temporel,- des moyens d'addition et d'émission des premier et second flux filtrés. 8) Système de transmission d'un ensemble de données d'un émetteur à destination d'un récepteur comprenant au moins une première et une seconde antennes, caractérisé en ce que l'émetteur comporte une unique antenne et comporte : - des moyens d'obtention, à partir d'informations représentatives d'un premier canal existant entre l'antenne du dispositif d'émission et la première antenne du récepteur, d'un premier filtre de retournement temporel, - des moyens d'obtention, à partir d'informations représentatives d'un second canal existant entre l'antenne du dispositif d'émission et la seconde antenne du récepteur, d'un second filtre de retournement temporel, - des moyens de division de l'ensemble de données en au moins un premier et un second flux de données, - des moyens de filtrage de signaux représentatifs du premier flux de données par le premier filtre de retournement temporel, - des moyens de filtrage de signaux représentatifs du second flux de données par le second filtre de retournement temporel, - des moyens d'addition et d'émission des premier et second flux filtrés et en ce que les première et seconde antennes du récepteur sont espacées de moins de 0,4 fois la longueur d'onde correspondante à la fréquence minimale du spectre des flux filtrés.