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CA 02547555 2006-05-26
WO 2005/053212 PCT/EP2004/053140
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PROCEDE ET DISPOSITIF PERMETTANT D'ACCROITRE LA CAPACITE
DES SYSTEMES DE TRANSMISSION NON ETALES
L'invention concerne notamment un procédé permettant
d'accroître la capacité des systèmes de transmission en multipliant le
nombre d'émetteurs simultanés dans une même bande de fréquence et
permettant de séparer les utilisateurs notamment grâce à l'utilisation
d'étapes itératives.
1o II est connu de l'art antérieur des procédés permettant la
transmission simultanée de différents utilisateurs. Ils reposent généralement
sur l'utilisation de codes d'étalement, tels que le CDMA (abrëviation anglo-
saxonne de Code Division Multiple Access), le MCCDMA (abréviation anglo-
saxonne de Multicarrier Code-Division-Multiple-Access) et/ou sur l'utilisation
de récepteurs à antennes multiples.
Le procédé selon l'invention repose notamment sur une
nouvelle approche qui exploite l'indépendance des flux binaires (signaux
provenant des différents émetteurs), le codage de canal et la différence de la
majorité des canaux de propagation.
L'invention concerne un procédé pour accroître la capacité de
systèmes de transmission de signaux comprenant NT utilisateurs, un
récepteur monobloc recevant le mélange des signaux provenant des NT
utilisateurs. II est caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes
suivantes
a) déterminer une information qualitative Info (Qs) des symboles estimés
pour chacun des N,- utilisateurs,
b) transmettre cette information Info(Os) à un bloc de traitement recevant
une information a priori et adapté à générer une information de qualité sur
les bits constituants les symboles Info(Qbs),
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c) transmettre l'Info(Qbs) à une étape de décodage pour obtenir une
information qualitative Info(Qbs) sur les bits codés et Info(Qbu) sur les
bits utiles.
Le procédé selon l'invention permet notamment
~ d'accroître le débit des systèmes de transmission utilisant des
standards existants pour les stations utilisateurs en ne modifiant que
le point d'accès.
~ de séparer simplement les différents flux binaires en échangeant de
l'information entre le bloc de démodulation et le bloc de décodage.
~ d'augmenter la capacité des systèmes de transmission en multipliant
le nombre d'émetteurs sans utiliser de récepteurs multi-antennes et
sans utiliser de techniques d'étalement de spectre, dans le cadre d'un
fonctionnement normal.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront
mieux à la lecture de la description qui suit d'un exemple détaillé, donné à
titre illustratif et nullement limitatif, annexé des figures qui représentent
~ La figure 1 le schéma global du procédé selon l'invention, et
~ La figure 2 le schéma générique détaillé des étapes du procédé selon
l'invention.
La figure 1 schématise les différentes étapes du procédé selon
l'invention utilisé dans un système de communication ou de transmission
comprenant plusieurs utilisateurs ou émetteurs N-r, et un récepteur constitué
2~ par exemple d'un monocapteur R. Les différents émetteurs transmettent les
symboles simultanément dans la même bande de fréquence, par exemple.
Les communications étant généralement perturbées par un canal de
propagation, un codage canal est classiquement utilisé. Le procédé se sert,
par exemple, de ce codage pour effectuer la démodulation.
3o La figure 2 représente le schéma générique d'un exemple de
récepteur monocapteur.
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II comporte un module 1 permettant de recevoir le mélange des
signaux émis par les NT utilisateurs ou émetteurs, de séparer les différents
utilisateurs et de fournir, une information qualitative, Info(Qs), des
symboles
estimés pour chacun des utilisateurs N-r (par exemple une probabilité d'avoir
reçu tel symbole). Le module 1 peut être un détecteur au sens du maximum
a posteriori (MAP) qui fournit une probabilité des symboles émis pour les
différents émetteurs NT en reposant sur une information a priori.
L'information sur les symboles estimés Info(Qs) est ensuite transmise à un
bloc de traitement qui va en déduire une information de qualité sur les bits
1o constituants les symboles Info(Qbs). Cette information Info(Qbs) est
ensuite
transmise au bloc de décodage 4i (une procédure de désentrelacement peut
être appliquée auparavant) qui, à son tour, va produire une information
qualitative Info(Qbs) sur les bits codés et Info(Qbu) sur les bits utiles.
L'information sur les bits codés Info(Qbs) peut être réutilisée afin
d'estimer à nouveau une information sur les symboles comme décrit
précédement. L'information sur les bits utiles est déduite de l'information
sur
les bits codés par exemple par la procédure de décodage.
Un traitement préalable des informations transmises aux différents
blocs peut s'avérer nécessaire pour un bon fonctionnement du procédé. Par
exemple dans l'exemple décrit ci après, l'information précédemment utilisée
pour estimer une nouvelle information qualitative sur un bit est retranchée
afin de n'apporter qu'une réelle nouvelle information au bloc la recevant.
Ces étapes sont réitérées, soit un nombre fixé de fois, soit jusqu'à
ce qu'un critère soit vérifié (par exemple les informations qualitatives
n'évoluent plus).
Le fonctionnement du procédé est décrit ci-après en tant
qu'exemple pour l'utilisateur N1.
L'information sur la probabilité de symboles émis P(alNu~yi), Info
(Qs), est transmise à un dispositif 21 (ou de-mapping) ayant notamment pour
3o fonction de fournir une information sur la probabilité des bits émis
Lo(ck1) par
l'utilisateur N1 Info (Qbs). Cette information est par exemple envoyée dans
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un désentrelaceur 31, puis à un algorithme de type BCJR (bloc de codage 4i)
afin d'obtenir la probabilité des bits codés Lc(ck') (information qualitative
sur
les bits codés Info(Qbs) et les bits utiles, Info (Qbu). Cette dernière
information (Lc(ck1) ) est soustraite à la première information Lo(ck') de
probabilité sur les bits (information de qualité sur les bits constituants les
symboles Info (Qs)) avant de passer dans le désentrelaceur. Elle est aussi
envoyée vers un entrelaceur 51 puis vers un dispositif 61 ayant une fonction
de mapping, avant d'être réinjectée dans le dispositif 1 qui utilise cette
information Info(Qs) au niveau de l'étape d'obtention de la probabilité des
1o symboles émis.
Les dispositifs de mapping, de de-mapping, les entrelaceurs et
désentrelaceurs sont des dispositifs connus de l'Homme du métier qui ne
sont pas détaillés dans la présente description.
Afin d'illustrer le procédé selon l'invention, l'exemple qui suit est
donné dans le cas d'ëmetteurs OFDM (abréviation anglo-saxone de
orthogonal frequency division multiplexing) synchronisés en fréquence. Pour
cette forme d'onde dite multi-porteuse ou parallèle, les différents symboles
sont transmis simultanément sur des sous porteuses orthogonales.
. Dans cet exemple de réalisation, les différents émetteurs utilisent
un code convolutif comme dans la norme Hiperlan/2 ou IEEE802.11 a.
Le récepteur effectue classiquement une transformée de
Fourier discrète (TFD) sur un intervalle de temps déterminé pour estimer les
symboles transmis.
Dans le cas de multiples émissions synchronisées en fréquences
et suffisamment synchronisées en temps pour éviter de l'interférence inter
symboles, le signal requ par le récepteur après la Transformée de Fourier
est donné par:
y=F I HI Fa+b
2 pC PC 1
(1 )
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avec
~ y le signal reçu représenté par un vecteur (N P)xl avec N P le
nombre de sous porteuses,
~ aest le vecteur de dimension (N xN )xl contenant les symboles
T SC
5 transmis par les N émetteurs. Les N premiers éléments sont les
symboles transmis sur la première sous porteuse.
~ F =F ~I est la matrice effectuant la DFT à l'émission avec I la
1 1 N NT
matrice identité de dimension N et l'opérateur ~ le produit de
Kronecker.
~ I =¿ ~I est la matrice de dimension N ~N +N ~xN N
PC PC N T N~ DFC T ND~,
qui effectue l'insertion du préfixe cyclique (propre à l'OFDM)
~ H est la matrice des échantillons représentant le canal de
propagation, de dimension CNTrNN +ND~~+NH1 xN CNN +N~P~
l CP J J DFI J'
avec NH la longueur maximale des canaux de propagation.
~ I_ =¿_ ~I est la matrice qui effectue la synchronisation et enlève
CP CP NT
le préfixe cyclique
~ F est la matrice qui effectue la TFD au niveau du récepteur
z
~ b est le vecteur de dimension N xl contenant les échantillons du
SP
bruit considérés dans cet exemple comme blancs temporellement.
2o La matrice K définie ci après est bloc circulante et à ce titre elle
peut s'écrire comme:
K =FaHGF (2)
avec G une matrice bloc diagonale et F et F des matrices de TFD .
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Comme I_HI est bloc circulante, le signal reçu peut être écrit comme:
PC PC
y = Ga +b (3)
avec G une matrice bloc diagonale avec des blocs de taille 1xN
Donc pour la sous porteuse i l'observation vectorielle y, peut s'écrire
r
y, =G a +b
comme: r ~ t ~ (4)
où G contient les éléments de la réponse fréquentielle du canal.
Ici comme nous n'utilisons qu'un unique récepteur, G est un vecteur de taille
lxNT
Ainsi l'observation y~ est scalaire et s'écrit:
NT
y~ _ ~ h~ a~ + bi (5)
i=1
Dans ce cas, le détecteur au sens du MAP fournit les probabilités suivantes:
(information qualitative des symboles estimés - probabilité des symboles
émis pour les différents émetteurs)
a~ pCytlar'Gt'~Z)p~ar~
P(ak =aI y~~G~~a~')= ' (6)
r r t r
p(yva 'G '~Z~p~a
a sA
r
où ~-2 est la variance du bruit et Ak est défini par:
a
A aa a
a (~)
2o A~ contient les vecteurs de symboles a qui ont le symbole a à la
a
position k .
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Ces probabilités sont ensuite utilisées pour calculer la probabilité
des bits constituants les symboles:
plalYt'Gr'o-z)
L(C1 =lOa. aeA+ (8)
b z
~(aIy''G~'6 )
aeA-
avec A~ l'ensemble des symboles où le bit c vaut 1
et A- l'ensemble des symboles où le bit c vaut 0.
Ces quantités sont ensuite utilisées pour calculer:
LD (~) = L(~) - Lc (~) (
1o qui est fourni au bloc décodage.Sur la figure, l'équation (9) est
représentée
par les indices Lp(c~') = L( c) - L~(ck').
Le terme L~(c) (Lc(ck) sur la fig.2) correspond à l'information, a
priori, issue du décodage précédent. A la première itération, La(c)=0. Ces
valeurs LD(c) (Lp(c,~) sur la fig.2) sont les entrées du décodeur souple qui,
dans l'exemple, est un algorithme de type BCJR, décrit par exemple dans le
document de L. Bahl, J. Cocke, F. Jelinek, and J. Raviv, intitulé « Optimal
decoding of linear codes for minimizing symbol error rate," IEEE Trans.
Inform. Theory, pp. 284-287, Mar. 1974. Ce bloc n'est pas décrit plus en
détai I.
2o Ce décodeur fournit à la fois une probabilité des bits utiles (avant
codage) et un probabilité des bits codés qui constituent les symboles.
Le procédé est utilisé par exemple pour des modulations BPSK
(abréviation anglo-saxonne de Bit Phase Shift Keying) ou QPSK (abréviation
anglo-saxonne de Quadrature Phase Shift Keying).
