Brevet FR3047621A1 — publié le 20170811

TECHNIQUE DE MODULATION SPATIALE ET DISPOSITIF RECEPTEUR ASSOCIE. 1. Domaine de l'invention. L'invention concerne des communications numériques par transmission radioélectriques. L'invention concerne plus particulièrement l'augmentation de la capacité de transmission d'un canal dans un système multi-antennes mettant en oeuvre une modulation spatiale. 2. Etat de l'art. De nombreuses techniques de modulation existent pour la mise en oeuvre de systèmes de transmissions par émission et réception de signaux radioélectriques. Parmi les différentes modulations existantes sont apparues récemment des techniques de modulations spatiales où l'activation d'un ou plusieurs émetteurs émettant respectivement vers un ou plusieurs récepteurs sur un intervalle de temps prédéterminé, code de l'information, outre les données pouvant être portées par l'utilisation d'une autre modulation (transmission d'un symbole). Parmi ces modulations spatiales figurent la modulation RASK (de l'acronyme « Receive Antenna Shift keying » et qui signifie codage par décalage d'antenne cible) ou encore RSM (de l'acronyme « Receive Spatial Modulation » et qui signifie modulation spatiale en réception »), par exemple. La demande de brevet français FR 09 591 52, intitulée « PROCEDE DE TRANSMISSION D'UN SIGNAL SOURCE, PROCEDE DE RECEPTION D'UN SIGNAL EMIS, EMETTEUR, RECEPTEUR, SIGNAL ET PROGRAMMES D'ORDINATEUR CORRESPONDANTS », publiée sous le n° 2 524 229 (France Telecom, 17 décembre 2009), décrit un procédé de transmission d'un signal source comprenant une pluralité de séquences 3047621 2 binaires, vers NR antennes de réception, avec NR supérieur ou égal à deux. Selon la méthode décrite dans ce document, une opération de pré-filtrage prévoit que pour une séquence binaire du signal source, une focalisation vers au moins une des antennes de réception, dite antenne cible, est mise 5 en oeuvre. En outre, toujours selon cette méthode, l'antenne cible et le pré- filtrage de focalisation associés sont choisis en fonction d'une valeur de la séquence binaire destinée à être émise. Ce type de modulation présente un ratio, entre la complexité de mise en oeuvre et la capacité de canal, susceptible d'être amélioré. 10 3. Résumé de l'invention. L'invention propose un procédé de transmission, permettant 15 d'améliorer au moins la capacité d'un canal de télécommunication mettant en oeuvre une modulation spatiale en proposant un procédé de transmission, depuis au moins une antenne d'émission, d'un signal comprenant une pluralité de séquences binaires, vers tout ou partie de n antennes de réception, n étant un entier supérieur ou égal à 2, ce procédé mettant en 20 oeuvre, préalablement à une étape d'émission de l'une des séquences binaires du signal source, un possible pré-filtrage de focalisation de la séquence binaire vers des antennes cibles parmi les n antennes de réception, et le possible pré-filtrage de focalisation associé étant choisi en fonction d'une valeur de la première séquence binaire, le procédé 25 comprenant en outre : - au moins une étape de transmission adaptée à transmettre une première information (binaire ou M-aire) en utilisant l'absence délibérée de focalisation vers l'ensemble des n antennes de réception, pendant un 30 nombre entier k prédéterminé de temps (durées) symbole, - et, éventuellement, une modulation de la puissance émise par la au moins une antenne d'émission, participant à un codage d'une seconde information (binaire ou M-aire). 3047621 3 Il est considéré comme une absence délibérée de focalisation vers l'ensemble des n antennes en réception, soit une absence d'activation d'un quelconque faisceau vers ces antennes (puissance d'émission nulle), soit, 5 pour tous les faisceaux activés, une émission de puissance conséquemment réduite en dessous d'un seuil de puissance prédéterminé. Selon un mode de réalisation de l'invention, la seconde information et la première information constituent ensemble une même et 10 seule information interprétable en tant que telle. Avantageusement, le nombre entier k de temps symbole est inférieur ou égal à un nombre prédéterminé, tel que 5, par exemple. 15 Avantageusement, la modulation de puissance comprend une sélection d'un intervalle de valeurs de puissance parmi un nombre entier p prédéterminé d'intervalles de valeurs de puissance. Selon un mode de réalisation de l'invention, pour chaque nouveau 20 temps symbole, le nombre d'antennes RAn en réception, visées par activation d'un faisceau (en émission), varie et peut être compris entre 0 et n. L'invention concerne également un dispositif récepteur adapté à la réception et au décodage d'au moins une séquence binaire d'un signal 25 comprenant une pluralité de séquences binaires, la séquence ayant fait l'objet, préalablement à son émission par un émetteur distant, d'un pré-filtrage de focalisation vers aucune, une ou plusieurs antennes cibles parmi n antennes de réception, et le pré-filtrage de focalisation associé étant choisi en fonction 30 d'une valeur de la séquence binaire. 3047621 4 Le dispositif récepteur comprenant en outre : - un module de décodage d'une première information binaire transmise et au moins partiellement codée en utilisant l'absence délibéré de focalisation vers l'ensemble des antennes reliées audit récepteur, depuis au 5 moins un émetteur distant, pendant un nombre entier k prédéterminé de temps symbole, - et, éventuellement, un module de décodage d'une seconde information binaire codée par modulation de la puissance émise par au moins une antenne d'émission distante. 10 Il est entendu par les termes « pré-filtrage de focalisation » vers une ou plusieurs antennes, un ensemble d'opérations visant à définir quels faisceaux d'émission doivent être activés (et par conséquent quels faisceaux doivent être désactivés) en fonction d'une séquence à transmettre pour un 15 temps symbole déterminé. Ainsi, opérer un pré-filtrage ne sous-entend pas forcément la présence d'un faisceau activé consécutivement au pré-filtrage, mais bien la transposition entre la séquence et la combinaison d'antennes à cibler, laquelle combinaison peut comprendre le cas d'absence totale de faisceaux 20 (d'antennes à cibler). Il est entendu ici par « activation d'un faisceau » la formation d'un sous-faisceau parmi l'ensemble des sous-faisceaux d'un faisceau principal à ayant un nombre variable de lobes. 25 L'invention concerne enfin un produit programme d'ordinateur chargeable directement dans la mémoire interne d'un ordinateur comprenant des portions de code de logiciel pour l'exécution des étapes du procédé décrit ci-avant lorsque ce programme est exécuté sur un ordinateur. 30 3047621 5 4. Liste des figures. L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et 5 avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 représente un système de communications de données par voie radiofréquences selon une technique RASK 10 appartenant à l'état de l'art. - la figure 2 représente un système de télécommunication de données par voie radiofréquences selon un mode de réalisation particulier et non limitatif de l'invention, pendant un premier temps symbole. 15 - la figure 3 représente le système de télécommunication déjà représenté figure 2, pendant un second temps symbole. - la figure 4 représente le système de télécommunication déjà représenté sur les figures 2 et 3, pendant un troisième temps symbole. 20 5. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention. Sur les figures 1 à 4, les modules représentés sont des unités 25 fonctionnelles, qui correspondent ou non à des unités physiquement distinguables. Par exemple, ces modules ou certains d'entre eux sont regroupés dans un unique composant, ou constitués des fonctionnalités d'un même logiciel. A contrario, selon d'autres modes de réalisation, certains modules sont composés d'entités physiques séparées. 30 3047621 6 La figure 1 représente un système de communications de données par voie de communication de radiofréquences selon une technique appartenant à l'état de l'art. Ce système met en oeuvre une modulation de type RASK (de l'acronyme « Receive Antenna Shift Keying » et qui signifie 5 codage par décalage d'antenne cible. L'émetteur EA est adapté à la création d'un ou plusieurs faisceaux B1, B2, B3, B4 vers une ou plusieurs antennes de réception RA1, RA2, RA3 et RA4. L'antenne émettrice EA opère en fonction notamment d'un pré-filtrage de focalisation mis en oeuvre par un module de pré-filtrage PF qui contrôle la présence ou l'absence de chacun 10 des faisceaux B1, B2, B3, B4 en fonction d'un mot logique à transmettre, reçu depuis un lien d'entrée DE du module de pré-filtrage PF. Selon cette technique, il existe toujours au moins un faisceau actif. Des informations logiques (ou mots logiques) à transmettre depuis l'antenne EA, sont fournies séquentiellement au module de pré-filtrage PF par le biais du lien DE, sous 15 contrôle d'un contrôleur CTR. Le contrôleur CTR lit les informations à transmettre depuis une source de données DS, et au travers d'un lien DL. L'ensemble des caractéristiques des éléments de contrôle CTR, de pré-filtrage PF, de transfert des données sur les liens DL et DE, ne sont pas décrits plus encore ici, car bien connus de l'homme du métier des dispositifs 20 et modulations numériques et n'étant pas utiles à la compréhension du système de modulation décrit. Le contrôleur CTR, le module de pré-filtrage PF et l'antenne d'émission EA constituent ensemble une station d'émission mettant en oeuvre une technique de communication de données (transmission de 25 données) comprenant une modulation spatiale RASK. Selon cette technique, une table de correspondance (mapping) est établie entre des combinaisons de valeurs binaires (mots binaires ou fragments de mots binaires) et une antenne cible parmi l'ensemble des antennes cibles. 30 Ainsi, par exemple, l'antenne RA1 correspond à la séquence binaire 00. De la même façon, la séquence binaire 01 est affectée à 3047621 7 l'antenne RA2, et les séquences 10 et 11 sont respectivement affectées aux antennes RA3 et RA4 de la figure 1. Si la séquence binaire '00101101' est issue de la source de données DS, en vue de son émission depuis l'antenne d'émission EA, sous 5 contrôle du contrôleur CTR, le module de pré-filtrage de focalisation PF permettra la création séquentielle des faisceaux de transmission B1 (pour le mot '001 puis B3 (pour le mot '101 puis B4 (pour le mot '11) et enfin B2 (pour le mot '01'), conformément à la table de correspondance prédéfinie. Le pré-filtrage PF met donc en oeuvre une technique de 10 focalisation spatiale (encore appelée pré-codage). Il est connu que cette technique s'applique en outre à une pluralité d'antennes d'émission EAi transmettant vers une ou plusieurs antennes en réception RAj. Cette technique se base sur une correspondance prédéfinie entre 15 des valeurs binaires (mots binaires, fragments de mots binaires) et des antennes cibles respectivement associées à ces valeurs. La figure 2 représente un système de télécommunication de données par voie radiofréquences selon un mode de réalisation particulier et 20 non limitatif de l'invention. Le système selon l'invention comprend un émetteur EA adapté à la création d'un ou plusieurs faisceaux B1, B2, B3 vers une ou plusieurs antennes de réception RA1, RA2 et RA3. L'antenne émettrice EA opère en fonction notamment d'un pré-filtrage de focalisation mis en oeuvre par un module de pré-filtrage PF qui contrôle la présence ou 25 l'absence de chacun des faisceaux B1, B2 (non représenté sur la figure), et B3 en fonction d'un mot logique à transmettre, reçu depuis un lien d'entrée DE de la fonction de pré-filtrage. Des informations logiques (ou mots logiques) à transmettre depuis l'antenne EA, sont fournies séquentiellement au module de pré-filtrage PF par le biais du lien DE, sous contrôle d'un 30 contrôleur CTR. Le contrôleur CTR lit les informations à transmettre depuis une source de données DS, et au travers d'un lien DL. L'ensemble des caractéristiques des éléments de contrôle CTR, de pré-filtrage PF, de 3047621 8 transfert des données sur les liens DL et DE, ne sont pas décrits plus encore ici, car bien connus de l'homme du métier et non utiles à la compréhension de l'invention. Le contrôleur CTR, le module de pré-filtrage PF et l'antenne 5 d'émission EA constituent ensemble une station d'émission selon l'invention mettant en oeuvre une technique de communication de données (transmission de données) comprenant une modulation spatiale nouvelle. Astucieusement, la modulation spatiale utilisée permet de transmettre une première information binaire SEQ1 en utilisant l'absence de 10 focalisation vers l'une quelconque desdites n antennes RA de réception, pendant un ou plusieurs temps symbole. En effet, la technique de modulation spatiale selon le mode de réalisation préféré de l'invention repose sur le principe suivant : 15 pour chacune des antennes RAn en réception, la détection (de la présence) d'un faisceau représente une valeur d'un élément binaire en réception et l'absence de faisceau détectée représente l'autre valeur binaire possible pour le même élément. Ainsi la présence d'un faisceau sur une antenne de réception peut correspondre à un '1' 20 logique et son absence à un '0' logique, ou vice-versa. Avantageusement une absence, pendant un ou plusieurs temps symbole, de tous les faisceaux possiblement activables B1, B2, et B3 du canal utilisé, participe à coder une information transmissible sur le canal. 25 Ceci n'est pas possible avec une modulation spatiale selon l'art antérieur. La capacité du canal de transmission entre EA et les trois antennes RA1, RA2, et RA3 est donc : 30 C = n, où n est le nombre d'antennes en réception. Soit C = 3 pour l'exemple décrit. 304 762 1 9 Avantageusement, le nombre d'antennes utilisées pour la technique de modulation spatiale selon l'invention n'est pas obligatoirement une puissance de deux contrairement au principe connu est mis en oeuvre 5 dans les modulations spatiales selon l'art antérieur (exemple : RASK). Ainsi, la mise en oeuvre de la technique de modulation spatiale selon l'invention permet d'améliorer avantageusement le ratio entre la 10 complexité de mise en oeuvre et la capacité de canal de télécommunication (transmission) utilisé. Il est entendu ici par les termes « temps symbole » (équivalent à « durée symbole », la durée de transmission élémentaire associée à la transmission de chacun des symboles discernables transmissibles par le 15 canal de transmission utilisé. La figure 2 représente la transmission d'un fragment (triolet) '101' de la séquence binaire SEQ1 (de valeur '101000111') pendant un premier temps symbole TS1. Selon le principe précédemment décrit, le module de 20 pré-filtrage de focalisation opère une activation des faisceaux de transmission B1 et B3 et l'absence du faisceau de transmission B2 pendant le temps symbole TS1. Ainsi, le faisceau B1 activé code un '1' logique, le faisceau B2 désactivé code un '0' logique et le faisceau de transmission B3 présent code un '1' logique. Le triolet d'éléments binaires (`O' ou 1 ') reçu par 25 les antennes RA1, RA2 et RA3 code la séquence '101' logique en vue de la reconstruction en réception de la séquence SEQ 1 transmise. Selon le même principe, la figure 3 représente l'émission, pendant le temps symbole TS2 suivant TS1, du fragment (triolet) d'éléments 30 binaires suivant dans la séquence SEQ1. Pour cette séquence dont la valeur est égale à '000', le module de pré-filtrage de focalisation opère une désactivation simultanée des trois faisceaux de transmission B1, B2, et B3. 3047621 10 Cette étape (pendant TS2) de la transmission correspond à la réception de la portion de séquence '000' de SEQ1. Enfin, et selon le même principe de modulation spatiale, la figure 5 4 représente la transmission du triolet '111' de la séquence SEQ1, pendant un temps symbole TS3 consécutif à TS2. Pendant ce temps symbole TS3, les trois faisceaux B1, B2 et B3 sont simultanément activés par le module de pré-filtrage de focalisation PF. 10 Les figures 2, 3 et 4 illustrent ensemble la transmission par fragments (triolets) de la séquence SEQ1 représentée, de valeur '101000111'. Bien évidemment, il est possible selon le même principe de transmettre n'importe quelle séquence binaire SEQ, pendant une période 15 comprenant un multiple entier de k temps symbole. Toujours selon le même principe, il est possible de transmettre une séquence binaire SEQ sur un canal de transmission mettant en oeuvre plusieurs émetteurs EAn vers plusieurs antennes RAn en réception. 20 Avantageusement, l'utilisation d'une modulation spatiale selon l'invention permet de connecter, par exemple, (attribuer) un récepteur par antenne en réception ou un récepteur utilisant plusieurs antennes en réception, ce qui autorise des applications multi-utilisateurs. 25 Selon un second mode de réalisation de l'invention, le système de transmission opère une modulation de puissance pour chacun des faisceaux B1, B2 et B3. Ainsi la puissance de chacun des faisceaux est choisie parmi une multiplicité p de plages (intervalles) de puissance prédéfinies, en 30 fonction de la séquence binaire à transmettre pendant un temps symbole. Selon ce second mode de réalisation, un ou plusieurs modules récepteur/décodeur connecté à une ou plusieurs antennes RAn est (sont) 3047621 11 adapté(s) à distinguer différents niveaux de puissances utilisés et participant au codage d'une séquence binaire SEQ transmise pendant un temps symbole. Pour ce faire, le module de réception / décodage comprend un ou plusieurs systèmes de détection de niveau de puissance reçue. 5 Avantageusement, le premier et le second mode de réalisation décrits et utilisés pour la transmission respectivement d'une première et d'une seconde information binaire (séquence binaire) peuvent être combinés. Les première et seconde informations constituent alors une information 10 unique transmise par une modulation spatiale selon le mode de réalisation préféré décrit (le premier mode ci-avant) et utilisant de surcroît une modulation de puissance telle que précédemment décrite dans le second mode de réalisation. 15 La reconstitution d'une séquence SEQ transmise selon le principe de modulation spatiale décrit utilise un récepteur REC, connecté à l'une ou plusieurs des antennes de réception RAn, adapté à la réception et au décodage de tout ou partie de la séquence binaire SEQ. 20 La séquence de données transmise vers le récepteur REC, et reçue par lui a fait l'objet, préalablement à son émission vers une ou plusieurs antennes cibles parmi les n antennes RAn de distant EA, du pré-filtrage de focalisation par PF, et éventuellement d'une modulation de puissance transmise via les faisceaux Bn. 25 Le récepteur / décodeur REC comprend alors, pour opérer une reconstitution de tout ou partie de la séquence transmise par la station d'émission comprenant l'antenne EA: 30 - un module de décodage DEC1 d'une première information transmise et au moins partiellement codée en utilisant l'absence délibérée de 3047621 12 ocalisation vers l'ensemble des antennes reliées audit récepteur REC, depuis au moins un émetteur distant, pendant au moins un temps symbole, - et/ou un module de décodage DEC2 d'une seconde information codée par modulation d'une puissance émise par au moins l'antenne 5 d'émission EA distante. Selon une variante du mode de réalisation, les modules DEC1 et DEC2 peuvent être confondus. 10 Il est entendu ici, par ensemble d'antennes de réception reliées au décodeur REC, soit une pluralité d'antennes, soit une ou plusieurs antennes uniques adaptatives configurées pour détecter la présence de faisceaux selon plusieurs directions prédéterminées. 15 L'invention ne concerne pas le seul mode de réalisation décrit ci- avant mais concerne plus largement toute modulation spatiale pour laquelle un codage total ou partiel d'information peut être réalisé par l'absence délibéré et simultanée de faisceaux de transmission vers toutes les antennes utilisées en réception, pendant un ou plusieurs temps symbole, et utilisant 20 éventuellement, en outre, une modulation de puissance pour tout ou partie des faisceaux. L'invention s'applique y compris à tout système ainsi défini et adapté à la transmission de symboles de modulation numérique par le biais du signal focalisant (transporté par les faisceaux tels que décrits). 25 REVENDICATIONS1. Procédé de transmission, depuis au moins une antenne d'émission EA, d'un signal source comprenant une pluralité de séquences binaires SEQn, vers tout ou partie de n antennes RA de réception, n étant un entier supérieur ou égal à 2, ledit procédé mettant en oeuvre, préalablement à une étape d'émission de l'une desdites séquences binaires SEQ dudit signal source, un pré-filtrage de focalisation de ladite séquence binaire SEQ vers des antennes cibles parmi lesdites n antennes RA de réception, et ledit pré-filtrage de focalisation associé étant choisi en fonction d'une valeur de ladite première séquence binaire, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre : au moins une étape de transmission adaptée à transmettre une première information en utilisant l'absence de focalisation vers l'ensemble des n antennes RA de réception, pendant au moins un temps symbole. 2. Procédé de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une modulation d'une puissance émise par ladite au moins une antenne d'émission EA, participant à un codage d'une seconde information. 3. Procédé de transmission selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite seconde information et à ladite première information constituent ensemble une seule et même information. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite modulation de puissance comprend une sélection 3047621 14 d'un intervalle de valeurs de puissance parmi un nombre entier p prédéterminé d'intervalles de valeurs de puissance. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé 5 en ce que, pour chaque nouveau temps symbole, le nombre d'antenne RAn en réception, visées par activation d'un faisceau, varie et peut être compris entre 0 et n. 6. Dispositif récepteur REC adapté à la réception et au décodage d'au 10 moins une séquence binaire SEQ d'un signal comprenant une pluralité de séquences binaires SEQn, ladite séquence SEQ ayant fait l'objet, préalablement à son émission par un émetteur distant, d'un pré-filtrage de focalisation vers des antennes cibles parmi n antennes RA de réception, 15 et ledit pré-filtrage de focalisation associé étant choisi en fonction d'une valeur de ladite séquence binaire SEQ, ledit récepteur REC étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - un module DEC1 de réception et de décodage d'une première 20 information transmise et au moins partiellement codée en utilisant l'absence délibéré de focalisation vers l'ensemble des antennes reliées audit récepteur REC, depuis au moins un émetteur EA distant, pendant au moins un temps symbole. 25 7. Dispositif récepteur REC selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un module de réception et de décodage DEC2 d'une seconde information codée par modulation de puissance émise par au moins une antenne d'émission EA distante. 30 8. Produit programme d'ordinateur chargeable directement dans la mémoire interne d'un ordinateur comprenant des portions de code de logiciel pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une 3047621 15 quelconque des revendications 1 à 5, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. 5