WO2002025884A1 - Signal multiporteuse a pilotes repartis concu pour limiter l'interference affectant tels pilotes - Google Patents

Signal multiporteuse a pilotes repartis concu pour limiter l'interference affectant tels pilotes Download PDF

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WO2002025884A1
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pilots
signal
carriers
frequency
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PCT/FR2001/002936
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Dominique Lacroix-Penther
Pierre Combelles
Michel Alard
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France Telecom
Telediffusion De France
Wavecom
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    • H04L27/2697—Multicarrier modulation systems in combination with other modulation techniques
    • H04L27/2698—Multicarrier modulation systems in combination with other modulation techniques double density OFDM/OQAM system, e.g. OFDM/OQAM-IOTA system

Definitions

  • the field of the invention is that of the transmission and dissemination of digital information.
  • the invention relates in particular, but not exclusively, to the transmission and dissemination of digital information with high spectral efficiency, over a limited frequency band, for example in a radiomobile environment.
  • the multicarrier modulation technique provides an effective solution to the problem of broadcasting or transmitting information, for example in a radiomobile environment.
  • the COFDM modulation technique in English "Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing" was selected for the DAB (in English "Digital Audio Broadcasting"), DVB-T (in English “Digital Video Broadcasting - Terrestrial ", digital terrestrial television broadcasting) and HIPERLAN / 2 (in English" High Performance Local Area Network ").
  • the multicarrier modulation used in the COFDM system comprises a particularly simple equalization system, based on the insertion of a guard interval.
  • This guard interval also called the cyclic prefix, ensures good behavior in the face of echoes, at the cost of a loss in spectral efficiency. It is in the perspective of avoiding this loss, or at least of reducing it, that new multicarrier modulations are currently being studied.
  • the invention relates more particularly to OFDM / OQAM modulation (in English "Orthogonal Frequency Division Multiplexing / Offset Quadrature Amplitude Modulation") for which the carriers are shaped by the Iota prototype function.
  • the Iota prototype function described for example in patent document No. FR 2733 869, has the characteristic of being identical to its Fourier transform.
  • the invention is of course also applicable to any other type of multicarrier modulation, in particular of the OFDM / OQAM type, whatever the associated prototype function.
  • the method of shaping an electrical signal from the information to be transmitted naturally depends on the conditions under which such a signal is transmitted.
  • the characteristics of a transmission channel in particular in a radiomobile environment, are therefore briefly recalled below in order to better understand the advantage of using, on such a channel, multicarrier modulations.
  • the transmitted wave undergoes multiple reflections during its course, and the receiver therefore receives a sum of delayed versions of the transmitted signal. Each of these versions is attenuated and phase shifted at random. This phenomenon, known as delay spreading, generates interference between symbols (IES).
  • delay spreading generates interference between symbols (IES).
  • IES interference between symbols
  • the receiver for example the mobile radiotelephone of a motorist
  • the Doppler effect also acts on each path, which results in a frequency shift of the spectrum received, proportional to the speed of movement of the receiver.
  • the transmission band is of width greater than the coherence band of the channel (that is to say the band for which the frequency response of the channel can be considered as constant, over a given duration). Fainting therefore appears in the band, that is to say that at a given instant, certain frequencies of the band are strongly attenuated.
  • Multicarrier modulation is above all digital modulation, that is to say a method of generating an electromagnetic signal, from digital information to be transmitted.
  • the originality, and the interest, of such a modulation is to cut the frequency band allocated to the signal into a plurality of sub-bands, chosen of width less than the coherence band of the channel, and on which the channel can therefore be considered constant for the duration of a symbol transmission.
  • the digital information to be transmitted during this period is then distributed over each of the sub-bands, so as to: decrease the speed of modulation (that is to say increase the symbol duration), without modifying the bit rate transmitted; simply model the action of the channel on each of the sub-bands, using the complex multiplier model.
  • an uncomplicated system for correcting the data received makes it possible to recover the information transmitted on each of the carriers in a satisfactory manner, except for the carriers having undergone a deep fading. In this case, if no information protection measure is taken, the data carried by these carriers will be lost.
  • a multicarrier system is therefore only interesting if the generation of the electrical signal is preceded by digital data processing, such as error correcting coding and / or interleaving for example.
  • the set of carriers of a multicarrier modulation forms a multiplex.
  • Each of the carriers of this multiplex is shaped using the same prototype function, denoted g (t), which characterizes the multicarrier modulation.
  • g (t) which characterizes the multicarrier modulation.
  • v 0 the spacing between two adjacent carriers of the multiplex
  • t 0 the temporal spacing between two transmitted multicarrier symbols.
  • the expression of the signal transmitted in low band (centered around the frequency Mv 0 ) is then:
  • Two types of multi-carrier modulation are thus defined: a multi-carrier modulation of complex type, for which the chosen function g (t) guarantees orthogonality in the complex sense of its translates.
  • OFDM modulation also called OFDM / QAM (in English "Orthogonal Frequency Division Multiplexing /
  • Quadrature Amplitude Modulation ").
  • ⁇ min 0 and the data at min are complex.
  • C This is the case, for example, of OFDM / OQAM, OFDM / OMSK (English “Offset Minimum Shift Keying") or OFDM / OQAM / IOTA modulations.
  • ⁇ m ⁇ n ( ⁇ / 2) * (m + n) and the data at min are real.
  • the characteristics of these two types of modulation induce notable differences, in particular in terms of density of the time-frequency network associated with the considered modulation.
  • the transmission of complex data originating from the QAM constellation is therefore implemented differently depending on the type of multicarrier modulation used.
  • the real and imaginary parts of a complex resulting from the constellation QAM are transmitted simultaneously, all the times symbol T s ; in the case of a real type modulation, on the other hand, the real and imaginary parts are transmitted with a time offset of half a symbol time (T s / 2) (we then speak of QAM or OQAM offset).
  • T s / 2 half a symbol time
  • the choice of the parameters of the multicarrier modulation ensures that the channel can be considered as almost constant on each of the subcarriers (multiplicative channel), for each OFDM symbol.
  • the channel can then be modeled by a complex coefficient to estimate, H min (where m is the index of the subcarrier and n that of the OFDM symbol considered).
  • a conventional technique consists in inserting, in the flow of useful carriers, reference carriers, at locations known to the receiver. On reception, the values taken by these reference carriers, called pilots, are read, and the complex gain of the channel at these reference locations is easily deduced therefrom. The complex gain of the channel is then derived over all the points of the transmitted time-frequency network, from the calculated value of the complex gain at the reference locations.
  • pilots in English "scattered pilots"
  • the pilots are distributed in the time-frequency plane according to a regular pattern, and make it possible to measure an undersampled version of the channel.
  • a two-dimensional interpolation is then carried out to determine the value of the channel at any point of the time-frequency network.
  • This method is used for example by the DNB-T standard ("Digital Video Broadcasting (DNB); Framing Structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television (DVB-T)", “Digital video broadcasting (DVB); frame structure , channel coding and modulation for digital television terrestrial (DNB-T) ", ETS 300 744, March 1997), and is illustrated in FIG. 1, on which 6 OFDM symbols numbered from 0 to 5 have been represented.
  • Each cross (x) represents a reference carrier (or pilot ), and each point (.) represents useful data to be transmitted.
  • the invention presented in this document applies more particularly to this method, known as channel estimation by distributed pilots.
  • the channel estimation process is made more delicate by the fact that there is only an orthogonality of the translates in the real sense. Indeed, to estimate the complex gain of the channel on a given subcarrier, it is necessary to carry out the complex projection of the signal received on the subcarrier considered.
  • the complex projection of the received multicarrier signal r (t) is used, at the point (m 0 , n 0 ) of the time-frequency space to estimate the channel H n at this position. . So if we send sf ⁇ e
  • Equation (II) reflects the fact that the complex projection of the perfectly transmitted signal is nevertheless marred by an I ⁇ S (interference between symbols) intrinsic to OFDM / OQAM modulations.
  • I ⁇ S means an interference between time symbols and / or between carriers.
  • the invention particularly aims to overcome these drawbacks of the prior art.
  • an objective of the invention is to provide a multicarrier modulation technique making it possible to reduce the intrinsic interference between symbols and / or between carriers.
  • Another objective of the invention is to implement a multicarrier modulation technique which is simple and inexpensive to implement.
  • Yet another objective of the invention is to provide a multicarrier modulation technique suitable for OFDM / OQAM type systems.
  • the invention also aims to implement a multicarrier modulation technique for adapting the channel estimation method by distributed pilots to OFDM / OQAM type signals.
  • the invention also aims to provide a multicarrier modulation technique making it possible to implement a channel estimation by distributed pilots more precise than according to the techniques of the prior art.
  • Another object of the invention is to implement a multicarrier modulation technique allowing improved reception, demodulation and decoding of the transmitted multicarrier signal.
  • a multicarrier signal formed by a temporal succession of symbols consisting of a set of data elements, each of said elements of data modulating a carrier frequency of said signal, said data elements comprising on the one hand reference elements called pilots, the value of which at transmission is known from at least one receiver intended to effect reception of said signal, and on the other hand, informative data elements, the transmission value of which is not known a priori of said receiver (s), one of said carrier frequencies modulated, at a given instant, by one of said data elements, being called carrier.
  • At least one constraint is imposed on the value of at least one of said informative data elements, so as to reduce, on reception, at least one interference term affecting at least one of said pilots.
  • the invention is based on a completely new and inventive approach to the reduction of the phenomena inherent in the intrinsic interference between symbols and / or between carriers, affecting multicarrier signals.
  • the technique implemented to reduce the problems linked to intrinsic interference in particular within the framework of COFDM / QAM systems, consists in introducing a guard interval, during which no useful information is transmitted. , so as to guarantee that all the data received belong to the same symbol.
  • a guard interval during which no useful information is transmitted.
  • the invention is therefore based on an innovative technique for reducing interference phenomena, implementing multi-carrier modulation with distributed pilots, consisting in imposing one or more constraint (s) on the value of one or more informative data elements that one wishes to transmit, so as to reduce the IES (interference between symbols) harmful to the implementation of a correct channel estimation.
  • a signal is of the OFDM / OQAM type.
  • one of said constraints consists in canceling, for at least one pilot, an interference term due at least partially to the carriers directly adjacent to said pilot in time-frequency space.
  • the interference, affecting a given pilot, due to the carriers belonging to the first ring surrounding this pilot, that is to say due to the carriers directly adjacent to the pilot considered, in time space, is canceled.
  • such a signal is of the form:
  • data elements of zero value are conventionally introduced at the edges of the spectrum. It is thus possible, for example, to choose the number of zero data elements so as to implement an even number of useful carriers.
  • such a signal complies with the following constraint: ⁇ m 0 -l, n 0 / + V * -) a m 0 , n 0 -lj
  • a g is the ambiguity function of said function g, m 0 and n 0 being characteristic of the pilot for which we want to cancel the interference.
  • said function g is a pair function, real and isotropic.
  • a ⁇ (0, v 0 ) A_ (0, -v 0 )
  • a g ( ⁇ 0 , 0) A s (- ⁇ 0 , Q)
  • said function g is the Iota function.
  • the Iota function is a particularly interesting prototype function in the context of OFDM / OQAM multicarrier modulation because it has the characteristic of being identical to its Fourier transform.
  • S the prototype function
  • said constraint is respected by implementing a linear transformation, making it possible to freeze at least one degree of freedom on a set of at least one crown comprising said carriers adjacent to said pilot (m 0 , n 0 ).
  • said constraint is respected by implementing a linear transformation, making it possible to freeze a degree of freedom on a ring comprising said carriers directly adjacent to said pilot (m 0 , n 0 ).
  • said transformation is unitary.
  • the implementation of a linear and unitary transformation makes it possible to ensure the conservation of energy, and avoids the appearance of strong differences of energy between the various carriers constituting the crown (s) on which one seeks. reduce and / or cancel intrinsic interference.
  • the energy associated with each of said pilots is significantly greater than the average energy of said carriers modulated by an informative data element.
  • said pilots form a regular pattern in time-frequency space, two consecutive pilots in time space on the one hand, and in frequency space on the other hand, being separated by at least two carriers. It is thus guaranteed that the respective first rings of two consecutive pilots in time space or in frequency space do not overlap, that is to say that there is no carrier belonging simultaneously to the first crown. of two separate pilots. Furthermore, the implementation of a regular pattern of pilots makes it possible to obtain estimates of the transmission channel at locations regularly distributed in time-frequency space, which then facilitates the implementation of an interpolation of so as to obtain an estimate of the channel over the entire time-frequency network.
  • the invention also relates to a method of constructing a multicarrier signal formed by a temporal succession of symbols consisting of a set of data elements, each of said data elements modulating a carrier frequency of said signal, said data elements comprising on the one hand, reference elements called pilots, whose transmission value is known to at least one receiver intended to effect reception of said signal, and, on the other hand, informative data elements, whose value at l the transmission is not known a priori of said receiver (s), one of said carrier frequencies modulated, at a given time, by one of said data elements, being called carrier.
  • At least one constraint is imposed on the value of at least one of said informative data elements, so as to reduce, on reception, at least one interference term affecting at least one of said pilots.
  • said informative data elements belonging to a set of at least one ring comprising said neighboring carriers of a determined pilot form a first vector, obtained by carrying out the product of a determined matrix of interference cancellation and a second vector consisting of a set of source informative data elements, the value of at least one of said source informative data elements being frozen.
  • a linear transformation is implemented, in the form of a product of a vector, comprising the data elements to be transmitted, and an interference cancellation matrix.
  • said matrix is unitary, the value of the coefficients of said matrix depending on a prototype function associated with said multicarrier signal, and at least one of said source informative data elements is equal to zero; more preferably, said matrix is symmetrical and orthonormal.
  • the value of a source informative data element is frozen, the values of the other data elements being linked to each other by means of the coefficients of the orthonormal symmetric matrix.
  • the invention also relates to a method for receiving a multicarrier signal as described above, implementing an estimation of the transfer function of a transmission channel, comprising a step of determining the value of at least certain coefficients of said transfer function, implementing, for at least some of said pilots, a division of the value of said reference elements in reception by the value of said elements of known reference to the broadcast, so as to obtain a good estimate of said channel.
  • such a reception method further comprises a step of time and frequency interpolation of said coefficients, so as to obtain an estimate of said channel over all of said time-frequency space.
  • said interpolation step comprises a sub-step of time interpolation and a sub-step of frequency interpolation. These two sub-steps are then successive. You can interpolate in time, then interpolate in frequency, or vice versa.
  • said interpolation step consists in carrying out a simultaneous interpolation in time and in frequency.
  • said interpolation step implements a digital filtering sub-step.
  • such a reception method takes account of said constraint (s) during the demodulation and / or decoding of said informative data elements.
  • such a reception method further comprises a step of recovering said source informative data elements, according to which an inverse matrix of said determined interference cancellation matrix is applied to a received vector corresponding to said first vector.
  • Such an operation is thus the reverse operation of the operation implemented during the framing of the signal, and therefore consists in applying, to the received data elements, the inverse linear transformation from that applied to the source informative data elements. , during the construction of the multicarrier signal.
  • the invention also relates to a receiver and a device for transmitting a multicarrier signal as described above.
  • FIG. 1 presents an exemplary embodiment of a signal, comprising pilots distributed in a COFDM DNB frame
  • FIG. 2 illustrates the first ring relating to a given carrier, on which it is sought to limit the intrinsic interference for a signal as presented in FIG. 1.
  • the general principle of the invention is based on the cancellation of the intrinsic interference due at least to the first ring on certain reference carriers of the time-frequency plane, called pilots, in particular for a multicarrier signal of the OFDM / OQAM type.
  • pilots certain reference carriers of the time-frequency plane
  • FIGS. 1 and 2 There is shown, in relation to FIGS. 1 and 2, an embodiment of the limitation of intrinsic interference on a set of distributed pilots of a multicarrier signal.
  • g (t) is such that these hypotheses are verified. This is particularly the case when g (t) is the Iota function.
  • n 0 position in time space (respectively in frequency space) is indicated by n 0 (respectively m 0 ).
  • n 0 position in time space (respectively in frequency space) is indicated by n 0 (respectively m 0 ).
  • n 0 position in time space (respectively in frequency space) is indicated by n 0 (respectively m 0 ).
  • the carriers referenced 21 to 28, which are directly adjacent to the pilot 20, constitute the first ring of this pilot. They belong to OFDM symbols of indices n 0 -l, n 0 and n 0 + l, and correspond to the carrier frequencies of indices m 0 , m 0 -l and m 0 + l.
  • C m rinsethe interference term representative of the first ring, that is to say the interference term due to the carriers referenced 21 to 28, and D m grind Q the interference term due to the other carriers of the time-frequency network.
  • the mn are BPSK symbols (in English "Binary Phase Shift Keying") taken from - ⁇ , + ⁇ [, where e represents the energy of the symbols transmitted on each of the carriers.
  • the mn can of course be symbols of any other kind, but for the sake of simplification, one will only endeavor to describe the particular embodiment in which the a ⁇ can take only two distinct values.
  • the invention also obviously applies to the case where the a ,,, n can take a plurality of distinct values, for example 4. If g (t) is the Iota function, it can be shown that, in the case where only one pilot is positioned in (m o , n 0 ):
  • pilots are distributed in the frame, if they have the same energy as the useful carriers, this result remains valid. If these pilots are of energy higher than the useful carriers, the value of 18.6 dB will be slightly modified (according to the ratio of energies and the reason for insertion of the pilots). In the remainder of this example of embodiment, the focus is on reducing the HSI due to this "first ring".
  • the matrices M 0 and M x are chosen to be symmetrical and orthogonal.
  • this method consists in freezing the value of 2 reals per pilot (the data element conveyed by the pilot himself and the data element conveyed by the dedicated carrier of the first ring), this which is equivalent to what is done in a classic OFDM / QAM system (according to the DVB-T standard for example), where the complex value of the pilot (i.e. 2 reals corresponding respectively to the real part and to the imaginary part of the pilot) is frozen.
  • a time and frequency interpolation between the different estimates of the channel on the pilot carriers is then carried out. For example, this interpolation can be done in time and then in frequency, or in time and in frequency simultaneously. 7. Framing For a broadcasting or transmission system based on modulation
  • the framing resulting from the particular channel estimation described above comprises: pilots distributed within the useful carriers according to a regular pattern, as illustrated in FIG. 1. We thus see in the example in FIG. 1 that, to go from one symbol to the next symbol, the position of a pilot is shifted three steps to the right in the frequency space. Shannon's theorem implies that:
  • the inverse of the space between 2 time pilots is greater than the spectral spread of the channel, that is to say twice the maximum Doppler frequency.
  • the procedure for canceling the intrinsic IES due to the first ring is implemented as described above.
  • pilots can also, if necessary, be "boosted". carriers carrying useful information; where appropriate, carriers dedicated to other reception operations such as recovery of synchronization for example.
  • T x (f, v) X (f + v / 2) X * (f - v / 2)
  • a ⁇ ( ⁇ , v) A x ( ⁇ , -v)

Abstract

L'invention concerne un signal multiporteuse formé d'une succession temporelle de symboles constitués d'un ensemble d'éléments de données, chacun desdits éléments de données modulant une fréquence porteuse dudit signal, lesdits éléments de données comprenant d'une part des éléments de référence appelés pilotes (20), dont la valeur à l'émission est connue d'au moins un récepteur destiné à effectuer une réception dudit signal, et d'autre part des éléments de données informatifs (21-28), dont la valeur à l'émission n'est pas connue a priori du ou desdits récepteur(s), une desdites fréquences porteuses modulée, à un instant donné, par un desdits éléments de données, étant appelée porteuse. Selon l'invention, on impose au moins une contrainte sur la valeur d'au moins un desdits éléments de données informatifs, de façon à réduire, à la réception, au moins un terme d'interférence affectant au moins un desdits pilotes.

Description

SIGNAL MULTI PORTEUSE A PILOTES REPARTIS CONÇU POUR LIMITER L ' INTERFERENCE AFFECTANT TELS PILOTES
Le domaine de l'invention est celui de la transmission et de la diffusion d'informations numériques. L'invention concerne notamment, mais non exclusivement la transmission et la diffusion d'informations numériques à forte efficacité spectrale, sur une bande de fréquence limitée, par exemple en environnement radiomobile.
La technique de modulation multiporteuse, associée par exemple à une technique de codage correcteur d'erreur et à un entrelacement, apporte une solution efficace au problème de la diffusion ou de la transmission d'informations, par exemple en environnement radiomobile. Ainsi, la technique de modulation COFDM (en anglais "Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing") a été retenue pour les normes DAB (en anglais "Digital Audio Broadcasting", radiodiffusion sonore numérique), DVB-T (en anglais "Digital Video Broadcasting - Terrestrial", diffusion de télévision numérique de terre) et HIPERLAN/2 (en anglais "High Performance Local Area Network", réseau local sans fil haut débit).
La modulation multiporteuse utilisée dans le système COFDM, décrite par exemple dans le document de brevet français n° FR 2 765 757, comporte un système d'égalisation particulièrement simple, basé sur l'insertion d'un intervalle de garde. Cet intervalle de garde, encore appelé préfixe cyclique, assure un bon comportement face aux échos, au prix d'une perte en efficacité spectrale. C'est dans la perspective d'éviter cette perte, ou tout au moins de la réduire, que de nouvelles modulations multiporteuses sont actuellement à l'étude. Parmi celles-ci, l'invention porte plus particulièrement sur la modulation OFDM/OQAM (en anglais "Orthogonal Frequency Division Multiplexing / Offset Quadrature Amplitude Modulation") pour laquelle les porteuses sont mises en forme par la fonction prototype Iota. On rappelle que la fonction prototype Iota, décrite par exemple dans le document de brevet n° FR 2733 869, a pour caractéristique d'être identique à sa transformée de Fourier. L'invention s'applique bien sûr également à tout autre type de modulation multiporteuse, notamment de type OFDM/OQAM, quelle que soit la fonction prototype associée.
Le procédé de mise en forme d'un signal électrique à partir de l'information à transmettre dépend bien sûr des conditions dans lesquelles un tel signal est transmis. On rappelle donc succinctement ci-après les caractéristiques d'un canal de transmission, notamment en environnement radiomobile, afin de mieux comprendre l'intérêt de l'utilisation, sur un tel canal, de modulations multiporteuses. En environnement radiomobile, l'onde émise subit, lors de son parcours, de multiples réflexions, et le récepteur reçoit donc une somme de versions retardées du signal émis. Chacune de ces versions est atténuée et déphasée de façon aléatoire. Ce phénomène, connu sous le nom d'étalement des retards (en anglais "delay spread"), génère de l'interférence entre symboles (IES). Par exemple, dans un environnement de type urbain, l'étalement des retards est de l'ordre de ou inférieur à quelques microsecondes.
Le récepteur (par exemple le radiotéléphone mobile d'un automobiliste) étant supposé en mouvement, l'effet Doppler agit également sur chaque trajet, ce qui se traduit par un décalage en fréquence du spectre reçu, proportionnel à la vitesse de déplacement du récepteur. On notera qu'il existe également d'autres types d'effet Doppler, tous pouvant être pris en compte par la technique mise en œuvre selon l'invention.
La conjugaison de ces effets se traduit par un canal de transmission non stationnaire, présentant des évanouissements profonds à certaines fréquences (on obtient donc un canal sélectif en fréquence). Pour certaines applications, particulièrement intéressantes dans le cadre de l'invention, la bande de transmission est de largeur supérieure à la bande de cohérence du canal (c'est-à- dire à la bande pour laquelle la réponse fréquentielle du canal peut être considérée comme constante, sur une durée donnée). Des évanouissements apparaissent donc dans la bande, c'est-à-dire qu'à un instant donné, certaines fréquences de la bande sont fortement atténuées.
Pour combattre ces différents phénomènes (dus à l'IES et à l'effet Doppler), on a envisagé, notamment dans les systèmes de type OFDM, d'ajouter un intervalle de garde, pendant lequel on ne transmet pas d'informations, de manière à garantir que toutes les informations reçues proviennent d'un même symbole. Dans le cas d'une démodulation cohérente des sous-porteuses, on corrige alors la distorsion apportée par le canal en estimant sa valeur en tout point du réseau temps-fréquence. L'introduction d'un tel intervalle de garde permet de réduire les problèmes liés à l'interférence entre symboles, mais un inconvénient de cette technique de l'art antérieur est qu'elle est d'efficacité spectrale réduite, aucune information utile n'étant transmise pendant la durée de l'intervalle de garde.
Dans le cadre de l'invention, on a donc cherché une technique permettant de réduire l'interférence entre symboles affectant les signaux multiporteuses, sans introduire d'intervalle de garde.
Afin de mieux comprendre les phénomènes d'interférence entre symboles et/ou entre porteuses d'un multiplex, on rappelle ci-après les caractéristiques principales d'une modulation multiporteuse. Une modulation multiporteuse est avant tout une modulation numérique, c'est-à-dire un procédé de génération d'un signal électromagnétique, à partir d'une information numérique à transmettre. L'originalité, et l'intérêt, d'une telle modulation est de découper la bande de fréquence allouée au signal en une pluralité de sous-bandes, choisies de largeur inférieure à la bande de cohérence du canal, et sur lesquelles le canal peut donc être considéré comme constant pendant la durée de transmission d'un symbole. L'information numérique à transmettre pendant cette durée est alors répartie sur chacune des sous bandes, de manière à : diminuer la rapidité de modulation (c'est-à-dire augmenter la durée symbole), sans modifier le débit transmis ; modéliser simplement l'action du canal sur chacune des sous-bandes, en ayant recours au modèle du multiplieur complexe.
En réception, un système peu complexe de correction des données reçues (consistant à effectuer une division complexe par le canal estimé) permet de récupérer l'information émise sur chacune des porteuses de façon satisfaisante, sauf pour les porteuses ayant subi un évanouissement profond. Dans ce cas, si aucune mesure de protection de l'information n'est prise, les données véhiculées par ces porteuses seront perdues. Un système multiporteuse n'est donc intéressant que si la génération du signal électrique est précédée de traitements numériques des données, tels qu'un codage correcteur d'erreurs et/ou un entrelacement par exemple.
On connaît notamment à ce jour deux types de modulation multiporteuse orthogonale, décrites par exemple dans le document de brevet n° FR 2 733 869, et dont on rappelle ci-après les caractéristiques. L'ensemble des porteuses d'une modulation multiporteuse forme un multiplex. Chacune des porteuses de ce multiplex est mise en forme à l'aide d'une même fonction prototype, notée g(t), qui caractérise la modulation multiporteuse. On notera v0 l'espacement entre deux porteuses adjacentes du multiplex, et t0 l'espacement temporel entre deux symboles multiporteuse émis. Le signal émis, à chaque instant nt0, sur la m'eme sous-bande de fréquence centrale vm, est a m n e"Pm'"e2iπVmt§(t ~ nτo) ' ou les am,n représentent les données numériques à transmettre. L'expression du signal émis en bande basse (centré autour de la fréquence Mv0) est alors :
Figure imgf000006_0001
On notera qu'on a ici envisagé, par souci de simplification, le cas d'un signal présentant un nombre pair de sous-bandes de fréquence. On peut bien sûr écrire plus généralement le signal sous la forme :
Figure imgf000006_0002
On rappelle en effet que, selon une technique classique, on introduit des données numériques am _„ de valeur nulle sur les bords du spectre, ce qui modifie le nombre de termes intervenant effectivement dans la somme ci-dessus, et permet par exemple de se ramener à un nombre pair de porteuses. Les fonctions gm t) = el<Pm'n e2lπmVot g(t - nτQ) sont appelées les translatées « temps-fréquence » de g(t). Pour retrouver l'information transmise par chacune des sous-porteuses, il faut choisir g(t) et les phases φmn de sorte que les translatées « temps-fréquence » ci-dessus soient séparables. Une condition suffisante pour vérifier cette propriété de séparabilité est que ces translatées soient orthogonales, au sens d'un produit scalaire défini sur l'ensemble des fonctions d'énergie finie (qui est un espace de Hubert au sens mathématique).
On rappelle que l'espace des fonctions d'énergie finie admet les deux produits scalaires ci-dessous : le produit scalaire complexe
Figure imgf000007_0001
= Çx(t)y*(t)dt
R - le produit scalaire réel x(t)y*(t)dt
Figure imgf000007_0002
On définit ainsi deux types de modulation multiporteuse : une modulation multiporteuse de type complexe, pour laquelle la fonction g(t) choisie garantit une orthogonalité au sens complexe de ses translatées. C'est le cas par exemple de la modulation OFDM, encore nommée OFDM/QAM (en anglais "Orthogonal Frequency Division Multiplexing /
Quadrature Amplitude Modulation"). Pour une telle modulation, φmn = 0 et les données amn sont complexes. une modulation multiporteuse de type réel, pour laquelle la fonction g(t) choisie garantit une orthogonalité au sens réel de ses translatées. C'est le cas par exemple des modulations OFDM/OQAM, OFDM/OMSK (en anglais "Offset Minimum Shift Keying") ou OFDM/OQAM/IOTA. Pour un tel type de modulation, ψm<n = (π/2)*(m+n) et les données am n sont réelles. Les caractéristiques de ces deux types de modulation induisent des différences notoires, notamment en termes de densité du réseau temps-fréquence associé à la modulation considérée.
On rappelle que ces modulations multiporteuses étant destinées à transmettre des informations à haut débit, leur efficacité spectrale est assez élevée, et peut notamment atteindre 4 bits/Hz (dans le cadre de la télévision numérique par exemple). La transformation des bits issus d'un codeur correcteur d'erreur en symbole de modulation (en anglais "mapping") sera ainsi de type QAM (en anglais "quadrature amplitude modulation", modulation d'amplitude en quadrature).
La transmission d'une donnée complexe issue de la constellation QAM est donc mise en œuvre différemment selon le type de modulation multiporteuse utilisée.
Ainsi, pour une modulation de type complexe, les parties réelle et imaginaire d'un complexe issu de la constellation QAM sont transmises simultanément, tous les temps symbole Ts ; dans le cas d'une modulation de type réel, en revanche, les parties réelle et imaginaire sont transmises avec un décalage temporel d'un demi temps symbole (Ts/2) (on parle alors d'Offset QAM ou OQAM). Pour une même bande de transmission et un même nombre de sous- porteuses, il faudra donc, pour transmettre un même débit, que le rythme d'émission de symboles multiporteuse de type réel soit deux fois plus rapide que celui de symboles multiporteuse de type complexe.
Par ailleurs, ces deux modes de transmission de l'information sont caractérisés par la densité du réseau temps-fréquence d=l/(v0 10) associé. Ainsi, les modulations multiporteuses de type réel correspondent à une densité d=2, alors que les modulations multiporteuses de type complexe correspondent à une densité d=l.
Les caractéristiques distinctes des modulations multiporteuses de type réel d'une part, et de type complexe d'autre part, induisent des traitements différents lors de la mise en œuvre d'une estimation du canal de transmission. Dans le cas d'une modulation multiporteuse de type réel, et ainsi qu'exposé dans la suite de ce document, le processus d'estimation de canal est en effet rendu plus délicat du fait qu'on ne dispose que d'une orthogonalité des translatées au sens réel. Afin de mieux appréhender ce problème, on s'attache désormais à décrire les techniques connues d'estimation de canal, mises en œuvre dans le cadre d'une modulation multiporteuse telle que présentée ci-dessus.
On suppose, dans la suite du raisonnement, que le choix des paramètres de la modulation multiporteuse assure que le canal peut être considéré comme quasi- constant sur chacune des sous-porteuses (canal multiplicatif), pour chaque symbole OFDM. Le canal est alors modélisable par un coefficient complexe à estimer, Hm n (où m est l'indice de la sous-porteuse et n celui du symbole OFDM considérés).
Pour estimer le canal en OFDM, une technique classique consiste à insérer, dans le flux de porteuses utiles, des porteuses de référence, à des emplacements connus du récepteur. En réception, les valeurs prises par ces porteuses de référence, appelées pilotes, sont lues, et on en déduit aisément le gain complexe du canal à ces emplacements de référence. On dérive alors le gain complexe du canal sur l'ensemble des points du réseau temps-fréquence transmis, à partir de la valeur calculée du gain complexe aux emplacements de référence.
Dans le contexte de l'OFDM/QAM, on a notamment envisagé une méthode reposant sur la mise en œuvre d'une estimation par pilotes répartis (en anglais "scattered pilots"). Les pilotes sont répartis dans le plan temps -fréquence selon un motif régulier, et permettent de mesurer une version sous-échantillonnée du canal. On procède ensuite à une interpolation bidimensionnelle pour déterminer la valeur du canal en tout point du réseau temps-fréquence. Cette méthode est utilisée par exemple par la norme DNB-T ("Digital Video Broadcasting (DNB) ; Framing Structure, channel coding and modulation for digital terrestrial télévision (DVB-T)", "Diffusion vidéo numérique (DVB) ; structure de trame, codage de canal et modulation pour la télévision numérique terrestre (DNB-T)", ETS 300 744, Mars 1997), et est illustrée en figure 1, sur laquelle 6 symboles OFDM numérotés de 0 à 5 ont été représentés. Chaque croix (x) représente une porteuse de référence (ou pilote), et chaque point (.) représente une donnée utile à transmettre. L'invention présentée dans ce document s'applique plus particulièrement à cette méthode, dite d'estimation de canal par pilotes répartis.
Dans le cas d'une modulation multiporteuse de type OFDM/OQAM (Offset QAM), le processus d'estimation de canal est rendu plus délicat du fait qu'on ne dispose que d'une orthogonalité des translatées au sens réel. En effet, pour estimer le gain complexe du canal sur une sous-porteuse donnée, il convient de réaliser la projection complexe du signal reçu sur la sous-porteuse considérée. Or, l' orthogonalité des translatées au sens réel et le fait que les fonctions prototypes, même choisies localisées au mieux en temps et en fréquence, sont de support infini sur au moins un des deux axes temporel ou fréquentiel, impliquent que, même sur un canal idéal, il y aura de l'interférence (intrinsèque) entre porteuses.
En effet, dans le cadre d'une modulation multiporteuse de type réel, la partie imaginaire de la projection du signal reçu sur la base des translatées de la fonction prototype n'est pas nulle. Il apparaît alors un terme perturbateur, qui vient s'ajouter au signal démodulé, et qu'il faut corriger avant de procéder à l'estimation du canal. Il est donc nécessaire de concevoir des méthodes permettant de compenser cette perte d Orthogonalité complexe, et palliant ainsi les inconvénients de cette technique de l'art antérieur.
En effet, selon la technique exposée ci-dessus, on utilise la projection complexe du signal multiporteuse reçu r(t), au point (m0,n0) de l'espace temps- fréquence pour estimer le canal H n en cette position. Ainsi, si l'on émet sfËe
Figure imgf000010_0001
En supposant que le canal est idéal (rft = s(t)), on devrait donc avoir : Hm = 1. Or (t) g o ,„o (t) = VE + (II)
Figure imgf000011_0001
L'équation (II) traduit le fait que la projection complexe du signal parfaitement transmis est néanmoins entachée d'une IΕS (interférence entre symboles) intrinsèque aux modulations OFDM/OQAM. On entend par IΕS une interférence entre symboles temporels et/ou entre porteuses.
L'existence de cette IΕS intrinsèque, qui perturbe l'estimation du canal de transmission, constitue un inconvénient majeur de cette technique de l'art antérieur.
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une technique de modulation multiporteuse permettant de réduire l'interférence intrinsèque entre symboles et/ou entre porteuses.
Un autre objectif de l'invention est de mettre en œuvre une technique de modulation multiporteuse qui soit simple et peu coûteuse à mettre en œuvre.
Encore un autre objectif de l'invention est de fournir une technique de modulation multiporteuse adaptée aux systèmes de type OFDM/OQAM.
L'invention a aussi pour objectif de mettre en œuvre une technique de modulation multiporteuse permettant d'adapter la méthode d'estimation de canal par pilotes répartis aux signaux de type OFDM/OQAM.
L'invention a également pour objectif de fournir une technique de modulation multiporteuse permettant de mettre en œuvre une estimation de canal par pilotes répartis plus précise que selon les techniques de l'art antérieur.
L'invention a encore pour objectif de mettre en œuvre une technique de modulation multiporteuse permettant une réception, une démodulation et un décodage améliorés du signal multiporteuse émis.
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un signal multiporteuse formé d'une succession temporelle de symboles constitués d'un ensemble d'éléments de données, chacun desdits éléments de données modulant une fréquence porteuse dudit signal, lesdits éléments de données comprenant d'une part des éléments de référence appelés pilotes, dont la valeur à l'émission est connue d'au moins un récepteur destiné à effectuer une réception dudit signal, et d'autre part des éléments de données informatifs, dont la valeur à l'émission n'est pas connue a priori du ou desdits récepteur(s), une desdites fréquences porteuses modulée, à un instant donné, par un desdits éléments de données, étant appelée porteuse.
Selon l'invention, on impose au moins une contrainte sur la valeur d'au moins un desdits éléments de données informatifs, de façon à réduire, à la réception, au moins un terme d'interférence affectant au moins un desdits pilotes.
Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive de la réduction des phénomènes inhérents à l'interférence intrinsèque entre symboles et/ou entre porteuses, affectant les signaux multiporteuses. En effet, à ce jour, la technique mise en œuvre pour réduire les problèmes liés à l'interférence intrinsèque, notamment dans le cadre des systèmes COFDM/QAM, consiste à introduire un intervalle de garde, pendant lequel aucune information utile n'est transmise, de manière à garantir que toutes les données reçues appartiennent à un même symbole. Cependant, une telle solution réduit le débit d'informations pouvant être transmises. L'invention repose donc sur une technique innovante de réduction des phénomènes d'interférence, mettant en œuvre une modulation multiporteuse à pilotes répartis, consistant à imposer une ou plusieurs contrainte(s) sur la valeur d'un ou plusieurs éléments de données informatifs que l'on souhaite transmettre, de manière à réduire l'IES (interférence entre symboles) néfaste à la mise en œuvre d'une estimation de canal correcte. Avantageusement, un tel signal est de type OFDM/OQAM.
En effet, on s'intéresse plus particulièrement à la réduction de l'interférence intrinsèque entre symboles et/ou entre porteuses pour les modulations de type réel, notamment en vue d'une estimation de canal par pilotes répartis. Ainsi qu'exposé précédemment dans le document, le processus d'estimation de canal est en effet plus délicat pour les signaux de type OFDM/OQAM, pour lesquels on ne dispose que d'une orthogonalité des translatées au sens réel. Il est donc particulièrement intéressant de chercher à améliorer l'estimation de canal pour ce type de signaux multiporteuses.
Préférentiellement, une desdites contraintes consiste à annuler, pour au moins un pilote, un terme d'interférence due au moins partiellement aux porteuses directement voisines dudit pilote dans l'espace temps-fréquence.
Ainsi, on annule l'interférence, affectant un pilote donné, due aux porteuses appartenant à la première couronne entourant ce pilote, c'est-à-dire due aux porteuses directement voisines du pilote considéré, dans l'espace temps d'une part, et dans l'espace fréquence d'autre part. On peut également en outre annuler l'interférence due à la deuxième couronne entourant un pilote, constituée des porteuses directement voisines des porteuses de la première couronne, dans l'espace temps d'une part, et dans l'espace fréquence d'autre part. On peut encore annuler l'interférence affectant un pilote donné due aux couronnes 1 à N entourant ce pilote, où N>2.
Selon une caractéristique avantageuse, un tel signal est de la forme :
M-l n m≈O où g est une fonction prototype prédéterminée telle que lesdites porteuses sont orthogonales, et où les termes a,-, n sont réels et représentent lesdits éléments de données, τ0 étant la durée d'un desdits symboles et v0 étant l'espacement entre lesdites fréquences porteuses, avec l/(v0τ0)=2, et où φmn=(π/2)*(m+n), m et n étant caractéristiques de la position, respectivement dans l'espace fréquence et dans l'espace temps, de la porteuse portant l'élément de données am n.
Comme mentionné précédemment, on introduit classiquement des éléments de données de valeur nulle sur les bords du spectre. On peut ainsi, par exemple, choisir le nombre d'éléments de données nuls de manière à mettre en œuvre un nombre de porteuses utiles pair.
Selon une technique avantageuse, un tel signal respecte la contrainte suivante :
Figure imgf000014_0001
αm0-l,n0 / + V *-)
Figure imgf000014_0002
am0,n0 -lj
Figure imgf000014_0003
où As(τ0,0) = As(-τ0, ) = a2
A(τo>vo) = (~τo'vo)
Figure imgf000014_0004
= 4(rθ'-vo) = β et où Ag est la fonction d'ambiguïté de ladite fonction g, m0 et n0 étant caractéristiques du pilote pour lequel on veut annuler l'interférence. On rappelle, en annexe 1, les caractéristiques d'une fonction d'ambiguïté.
Une telle contrainte permet ainsi d'annuler le terme d'interférence associé à la première couronne entourant un pilote donné.
Avantageusement, ladite fonction g est une fonction paire, réelle et isotrope. On vérifie ainsi que :
A^(0,v0) = A_(0,-v0)
Ag(τ0,0) = As(-τ0,Q)
4(τo>vo) ≈ 4(-Tθ' vo) = A(-τθ'~vo) = A(τθ'_vo) De façon avantageuse, ladite fonction g est la fonction Iota. En effet, la fonction Iota est une fonction prototype particulièrement intéressante dans le cadre de la modulation multiporteuse OFDM/OQAM car elle présente la caractéristique d'être identique à sa transformée de Fourier. En mettant en œuvre la fonction prototype Iota, notée S, oh assure ainsi que αx= 2. On rappelle que la fonction Iota est décrite, notamment, dans le document de brevet n° FR 2 733 869.
Préférentiellement, ladite contrainte est respectée en mettant en œuvre une transformation linéaire, permettant de figer au moins un degré de liberté sur un ensemble d'au moins une couronne comprenant lesdites porteuses voisines dudit pilote (m0, n0).
De manière préférentielle, ladite contrainte est respectée en mettant en œuvre une transformation linéaire, permettant de figer un degré de liberté sur une couronne comprenant lesdites porteuses directement voisines dudit pilote (m0, n0). Avantageusement, ladite transformation est unitaire. En effet, la mise en œuvre d'une transformation linéaire et unitaire permet d'assurer la conservation de l'énergie, et évite l'apparition de fortes différences d'énergie entre les différentes porteuses constitutives de la ou des couronnes sur lesquelles on cherche à réduire et/ou annuler l'interférence intrinsèque. Selon une caractéristique avantageuse, l'énergie associée à chacun desdits pilotes est sensiblement supérieure à l'énergie moyenne desdites porteuses modulées par un élément de données informatif .
En effet, en renforçant l'énergie des pilotes par rapport à l'énergie moyenne des porteuses transportant de l'information utile (en anglais "boosting"), on garantit ainsi une meilleure protection des pilotes contre les distorsions du canal de transmission. On accroît ainsi la qualité de l'estimation de canal.
Préférentiellement, lesdits pilotes forment un motif régulier dans l'espace temps-fréquence, deux pilotes consécutifs dans l'espace temps d'une part, et dans l'espace fréquence d'autre part, étant séparés par au moins deux porteuses. On garantit ainsi que les premières couronnes respectives de deux pilotes consécutifs dans l'espace temps ou dans l'espace fréquence ne se chevauchent pas, c'est-à-dire qu'il n'existe pas de porteuse appartenant simultanément à la première couronne de deux pilotes distincts. Par ailleurs, la mise en œuvre d'un motif régulier de pilotes permet d'obtenir des estimées du canal de transmission à des emplacements régulièrement répartis dans l'espace temps-fréquence, ce qui facilite ensuite la mise en œuvre d'une interpolation de manière à obtenir une estimation du canal sur l'ensemble du réseau temps-fréquence.
L'invention concerne également un procédé de construction d'un signal multiporteuse formé d'une succession temporelle de symboles constitués d'un ensemble d'éléments de données, chacun desdits éléments de données modulant une fréquence porteuse dudit signal, lesdits éléments de données comprenant d'une part des éléments de référence appelés pilotes, dont la valeur à l'émission est connue d'au moins un récepteur destiné à effectuer une réception dudit signal, et d'autre part des éléments de données informatifs, dont la valeur à l'émission n'est pas connue a priori du ou desdits récepteur(s), une desdites fréquences porteuses modulée, à un instant donné, par un desdits éléments de données, étant appelée porteuse.
Selon l'invention, on impose au moins une contrainte sur la valeur d'au moins un desdits éléments de données informatifs, de façon à réduire, à la réception, au moins un terme d'interférence affectant au moins un desdits pilotes. Avantageusement, lesdits éléments de données informatifs appartenant à un ensemble d'au moins une couronne comprenant lesdites porteuses voisines d'un pilote déterminé forment un premier vecteur, obtenu en effectuant le produit d'une matrice déterminée d'annulation d'interférence et d'un second vecteur constitué d'un ensemble d'éléments de données informatifs sources, la valeur de l'un au moins desdits éléments de données informatifs sources étant figée.
Ainsi, lors de la mise en trame des données informatives en vue de la construction d'un signal multiporteuse, on met en œuvre une transformation linéaire, sous la forme d'un produit d'un vecteur, comprenant les éléments de données à transmettre, et d'une matrice d'annulation d'interférence.
Préférentiellement, ladite matrice est unitaire, la valeur des coefficients de ladite matrice dépendant d'une fonction prototype associée audit signal multiporteuse, et l'un au moins desdits éléments de données informatifs sources est égal à zéro ; encore préférentiellement, ladite matrice est symétrique et orthonormale.
De cette façon, la conservation de l'énergie est assurée. On fige la valeur d'un élément de données informatif source, les valeurs des autres éléments de données étant liées les unes aux autres par le biais des coefficients de la matrice symétrique orthonormale. L'invention concerne encore un procédé de réception d'un signal multiporteuse tel que décrit précédemment, mettant en œuvre une estimation de la fonction de transfert d'un canal de transmission, comprenant une étape de détermination de la valeur d'au moins certains coefficients de ladite fonction de transfert, mettant en œuvre, pour au moins certains desdits pilotes, une division de la valeur desdits éléments de référence en réception par la valeur desdits éléments de référence connue à l'émission, de manière à obtenir une bonne estimation dudit canal.
La division de la valeur des éléments de référence en réception par la valeur des éléments de référence à l'émission conduit ainsi à un résultat de précision accrue par rapport aux méthodes de l'art antérieur, en raison de la structure particulière du signal multiporteuse, qui permet l'annulation et/ou la réduction de l'interférence intrinsèque affectant les pilotes.
Avantageusement, un tel procédé de réception comprend en outre une étape d'interpolation en temps et en fréquence desdits coefficients, de manière à obtenir une estimation dudit canal sur l'ensemble dudit espace temps-fréquence.
En effet, en divisant la valeur des éléments de référence en réception par la valeur des éléments de référence connue à l'émission, on obtient une estimation de la fonction de transfert du canal aux seuls emplacements de référence, correspondant à la position des pilotes dans le réseau temps-fréquence. Il est donc nécessaire d'étendre cette estimation du canal à l'ensemble du réseau temps- fréquence, en procédant à une étape d'interpolation.
Selon une première variante avantageuse, ladite étape d'interpolation comprend une sous-étape d'interpolation en temps et une sous-étape d'interpolation en fréquence. Ces deux sous-étapes sont alors successives. On peut procéder à une interpolation en temps, puis à une interpolation en fréquence, ou inversement.
Selon une deuxième variante avantageuse, ladite étape d'interpolation consiste à réaliser une interpolation simultanée en temps et en fréquence.
Préférentiellement, ladite étape d'interpolation met en œuvre une sous- étape de filtrage numérique.
Avantageusement, un tel procédé de réception tient compte de la ou lesdites contrainte(s) lors de la démodulation et/ou du décodage desdits éléments de données informatifs.
Selon une technique avantageuse, ledit signal ayant été construit selon le procédé de construction précité, un tel procédé de réception comprend en outre une étape de récupération desdits éléments de données informatifs sources, selon laquelle on applique à un vecteur reçu correspondant audit premier vecteur une matrice inverse de ladite matrice déterminée d'annulation d'interférence.
Une telle opération est ainsi l'opération inverse de l'opération mise en œuvre lors de la mise en trame du signal, et consiste donc à appliquer, aux éléments de données reçus, la transformation linéaire inverse de celle appliquée aux éléments de données informatifs sources, lors de la construction du signal multiporteuse.
L'invention concerne encore un récepteur et un dispositif d'émission d'un signal multiporteuse tel que décrit précédemment.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1, déjà décrite précédemment, présente un exemple de réalisation d'un signal, comprenant des pilotes répartis dans une trame COFDM DNB-
T ; la figure 2 illustre la première couronne relative à une porteuse donnée, sur laquelle on cherche à limiter l'interférence intrinsèque pour un signal tel que présenté en figure 1.
Le principe général de l'invention repose sur l'annulation de l'interférence intrinsèque due au moins à la première couronne sur certaines porteuses de référence du plan temps-fréquence, appelées pilotes, notamment pour un signal multiporteuse du type OFDM/OQAM. On présente, en relation avec les figures 1 et 2, un mode de réalisation de la limitation de l'interférence intrinsèque sur un ensemble de pilotes répartis d'un signal multiporteuse.
Dans la suite du document, on s'intéresse plus particulièrement à un signal de type OFDM/OQAM. Par souci de simplification des notations, on supposera que toutes les porteuses du multiplex considéré sont modulées. Selon un mode de réalisation plus réaliste, au contraire, il peut être nécessaire de mettre en œuvre un sur-échantillonnage, de manière à éviter que le repliement spectral inhérent à la génération numérique du signal n'abîme les porteuses du bord. Un tel suréchantillonnage acilite également le filtrage passe-bas du signal. On rappelle tout d'abord quelques notions relatives à l'interférence intrinsèque.
1. La fonction d'ambi guïté
La définition et les caractéristiques de la fonction d'ambiguïté d'une forme d'onde sont par exemple décrites dans le document de brevet n° FR 2 733 869. Pour mémoire, ces informations sont rappelées en Annexe 1 de la présente demande de brevet. On rappelle néanmoins ici l'expression de la fonction d'ambiguïté de la fonction x(t) : (τ, y) = je~2iπvtx(t + τ I 2)x* (t - τl 2)dt a.
On rappelle également quelques propriétés de la fonction d'ambiguïté : - si une fonction x est paire, sa fonction d'ambiguïté est réelle ; si de plus x est réelle, sa fonction d'ambiguïté est paire selon la variable fréquentielle v ; si de plus, x est isotrope (c'est-à-dire x est égale à sa transformée de
Fourier), sa fonction d'ambiguïté est paire selon la variable temporelle τ. Oh supposera par la suite que la fonction prototype g(t) associée au signal multiporteuse considéré vérifie ces propriétés. C'est notamment le cas de la forme d'onde Iota, S(t), décrite dans le document de brevet n° FR 2733 869.
2. Orthogonalité des sous-porteuses
Le produit scalaire complexe des translatées gm n(t) et g-m (t)vaut:
Figure imgf000019_0001
(gm,n (III)
Figure imgf000019_0002
A partir de l'équation (III), et en posant le changement de variable u = t - (n + n' )τ0 / 2 , on obtient: (*«,!&,..') - ^-'«-•)Jβ^-" «^-+-^ >Vg u + <μ - n)rQ)g (u + (^±2- - n>)τ0)ώ
2
fe,„ | A,.,) - + (n' - « /2)S - (»' " » 2)ώ
Figure imgf000020_0001
soit encore:
{^.«km'.„') ≈^-')^-»^^-'^-^^^' - «)r0,( ' - )v0) (IN)
Une condition nécessaire pour que la famille de fonctions *^m„(t)} soit orthogonale au sens réel est que g(t) soit paire et que A (2mv0 2nτ0) = δm 0.ôn 0 En effet* dans ce cas, on vérifie bien que V( ,«) entiers (gm,n \ gmW)R = R t('"-'"')+("-',')+(m-m'x"+n,)4((«,-«)τ0, (/ '-/ )v0)) = δ^.δ^
Par la suite, on supposera que g(t) est telle que ces hypothèses sont vérifiées. C'est notamment le cas lorsque g(t) est la fonction Iota.
3. Interférence intrinsèque (TES) dans le cas d'un canal idéal
Pour un canal idéal, l'interférence sur la porteuse d'étude (m0, n0) dues aux autres porteuses du réseau temps-fréquence est exprimée par / n dans l'équation (II) :
(m,n)≠(m0,n0 )
Etant donné le caractère fortement localisé en temps et en fréquence supposé de g(t), les termes intervenant significativement dans cette interférence sont dus aux porteuses directement voisines de la porteuse (m0, n0). Ces porteuses sont schématisées sur la figure 2 : elles constituent ce que nous appellerons la « première couronne » liée à la porteuses d'étude.
On considère ainsi la porteuse référencée 20, dont la position dans l'espace temps (respectivement dans l'espace fréquence) est indiquée par n0 (respectivement m0). Une telle porteuse 20 correspond à un pilote, c'est-à-dire qu'elle transporte un élément de données dont la valeur à l'émission est connue du récepteur. Les porteuses référencées 21 à 28, qui sont directement voisine du pilote 20, constituent la première couronne de ce pilote. Elles appartiennent aux symboles OFDM d'indices n0-l, n0 et n0+l, et correspondent aux fréquences porteuses d'indices m0, m0-l et m0+l.
On note Cm „ le terme d'interférence représentatif de la première couronne, c'est- à-dire le terme d'interférence dû aux porteuses référencées 21 à 28, et Dm „Qle terme d'interférence dû aux autres porteuses du réseau temps-fréquence.
Figure imgf000021_0001
Supposons que les amn sont des symboles BPSK (en anglais "Binary Phase Shift Keying", modulation binaire à décalage de phase) pris dans — ë,+ ë [, où e représente l'énergie des symboles transmis sur chacune des porteuses. Les amn peuvent bien sûr être des symboles de toute autre nature, mais par souci de simplification, on ne s'attachera à décrire que le mode de réalisation particulier dans lequel les a^ ne peuvent prendre que deux valeurs distinctes. L'invention s'applique également, de manière évidente, au cas où les a,,, n peuvent prendre une pluralité de valeurs distinctes, par exemple 4. Si g(t) est la fonction Iota, on peut montrer que, dans le cas où seul un pilote est positionné en (mo, n0) :
Figure imgf000021_0002
Dans le cas où plusieurs pilotes sont répartis dans la trame, s'ils sont de même énergie que les porteuses utiles, ce résultat reste valide. Si ces pilotes sont d'énergie supérieure aux porteuses utiles, la valeur de 18.6 dB sera légèrement modifiée (en fonction du ratio des énergies et du motif d'insertion des pilotes). On s'attache, dans la suite de cet exemple de réalisation, à la réduction de l'IES due à cette « première couronne ».
Les caractéristiques de g(t) (réelle, paire et isotrope) impliquent que As (0, v0 ) = Ag (0, ~v0 ) , qu'on notera αx, (τo'°) = ("τo'0)' 1u'on notera α2> (τo'vo) = 4(_τo'vo) = Λ(~τo'-vo) = (τo'-yo)> qu'on notera β-
La condition nécessaire et suffisante plus générale à vérifier pour annuler
CmoΛ est : ai m0 +l,n0 am0 -l,n0 ) + ( 1 α2 αm0 ,n0 +l >n0 ,n0 -l) ~ \ m0 +1,B0 +1 + am0 -1,B0 +1 + am0 +l,n0 -1 + αm0 -l,n0 -1 = ^
On notera que certaines fonctions prototypes, comme notamment la fonction Iota, assurent que a1- 2.
4. Interférence intrinsèque (IES dans le cas d'un canal réaliste Dans le cas d'un canal réaliste, et en adoptant les notations relatives à la modélisation de l'action du canal utilisée précédemment dans ce document, FIES (Interférence Entre Symboles) intrinsèque sur la porteuse (m0,n0) s'écrit :
m0,n0 ~ /j m,n m,n j om,n ) om„,n„ \ '
(m,n)≠(m0,n0)
LIES intrinsèque due à la première couronne dans ce cas réaliste est égale à : C = 2 ^H r^™'- ™^*"^^ - n)τ0,(m0 - m)v0)
Pour pouvoir annuler simplement cette IES, on supposera que le canal est constant sur cette couronne. Ainsi, on aura :
Figure imgf000022_0001
et donc :
/KO Ùa, a (0 ≈ #mo A,„0 + H^ C^ + S: (VI) àannuler
Cette hypothèse, que l'on réalise en pratique en choisissant les paramètres de la modulation de façon adéquate, permet de se ramener à une annulation du même terme (C ) que dans le cas idéal.
5. Annulation de l'IES due à la première couronne
On suppose dans la suite de ce document que le canal de transmission est quasi-invariant dans le temps sur Q symboles, si Q est la périodicité temporelle du motif des pilotes répartis. Pour annuler l'IES due à la première couronne relative à la porteuse
(m0,n0), il suffit de vérifier l'équation (V). Pour ce faire, on fige un degré de liberté sur cette couronne, qui transportera alors l'équivalent de 7 éléments d'informations utiles (au lieu de 8). La méthode directe pourrait être de choisir d'exprimer am _x . par exemple, en fonction des 7 autres éléments de la couronne. Néanmoins, une telle opération peut entraîner de fortes variations d'énergie entre cette porteuse et les 7 autres. Par conséquent, on effectue une transformation linéaire et unitaire, de manière à lisser ce phénomène, et assurer ainsi la conservation de l'énergie.
L'équation (V) dépendant du temps, cette transformation sera différente selon que les pilotes sont placés sur des symboles pairs ou impairs. Pour les symboles pairs (c'est-à-dire lorsque l'indice n0 caractéristique de la position du pilote considéré dans l'espace temps est pair), un exemple de transformation est exprimé ci-après :
Figure imgf000023_0001
où gg est pris égal à zéro. Les valeurs de e0, e1 , e2 , e3, e4 , e5, e7 sont prises dans l'alphabet -l-ve, e f, où e désigne l'énergie des symboles transmis sur chacune des porteuses. Pour les symboles impairs (c'est-à-dire lorsque l'indice n0 caractéristique de la position du pilote considéré dans l'espace temps est impair), elle est représentée par exemple par la transformation :
Figure imgf000024_0001
où e6 est également pris égal à zéro.
Selon un mode de réalisation préféré, permettant d'assurer la conservation de l'énergie, les matrices M0 et Mx sont choisies symétriques et orthogonales.
En termes d'efficacité spectrale, cette méthode consiste à figer la valeur de 2 réels par pilote (l'élément de données véhiculé par le pilote lui-même et l'élément de données véhiculé par la porteuse dédiée de la première couronne), ce qui est équivalent à ce qui est fait dans un système OFDM/QAM classique (selon la norme DVB-T par exemple), où la valeur complexe du pilote (soit 2 réels correspondant respectivement à la partie réelle et à la partie imaginaire du pilote) est figée.
6. Estimation du canal A partir des valeurs reçues sur chaque pilote, on est capable de retrouver, par simple division par la valeur émise connue, les coefficients Hn k qui représentent alors une bonne estimation du canal, l'interférence intrinsèque sur ces pilotes étant réduite. Pour garantir encore une meilleure protection de ces pilotes contre les distorsions du canal, on peut renforcer l'énergie de ces pilotes par rapport à l'énergie moyenne des porteuses transportant de l'information utile (en anglais "boosting").
Afin d'obtenir une estimation du canal sur l'ensemble des porteuses du réseau temps-fréquence, une interpolation en temps et en fréquence entre les différentes estimées du canal sur les porteuses pilotes est ensuite réalisée. Pour exemple, cette interpolation peut se faire en temps puis en fréquence, ou bien en temps et en fréquence simultanément. 7. Mise en trame Pour un système de diffusion ou de transmission basé sur la modulation
OFDM/OQAM, la mise en trame résultant de l'estimation de canal particulière décrite ci-dessus comprend : des pilotes répartis au sein des porteuses utiles selon un motif régulier, tel qu'illustré en figure 1. On constate ainsi sur l'exemple de la figure 1 que, pour passer d'un symbole au symbole suivant, on décale la position d'un pilote de trois pas vers la droite dans l'espace fréquence. Le théorème de Shannon implique que :
- l'inverse de l'espace entre 2 pilotes en temps soit supérieur à l'étalement spectral du canal, c'est-à-dire à 2 fois la fréquence Doppler maximale.
- l'inverse de l'espace entre 2 pilotes en fréquence soit supérieur à l'étalement temporel de la réponse du canal, c'est-à-dire au retard maximum significatif (de durée moyenne supposée connue par des mesures préalables de propagation par exemple). Sur ces pilotes, la procédure d'annulation de l'IES intrinsèque due à la première couronne est mise en œuvre comme décrit ci-dessus.
Ces pilotes peuvent également, le cas échéant, être "boostés". des porteuses transportant l'information utile ; le cas échéant, des porteuses dédiées à d'autres opérations de réception comme la récupération de la synchronisation par exemple.
ANNEXE 1
RAPPELS SUR LA FONCTION D'AMBIGUÏTÉ
1. DEHNΓΠONS
Soit une fonction x(t) et sa transformée de Fourier X(f). On peut lui associer ses produits temporel et fréquentiel définis respectivement par: γx(t,τ) = x(t + τ/2) x*(t - τ/2)
Tx(f,v) = X(f + v/2) X*(f - v/2)
La transformée de Wigner- Ville et la fonction d'ambiguïté de x sont alors données par:
Wx(t,f) - jTx(f,v)e2iπvtdv
Figure imgf000027_0001
Figure imgf000027_0002
2. PROPRIETES DE SYMETRIE DE LA FONCTION D'AMBIGUÏTE
Soit une fonction x(t). On notera respectivement par x" et x les fonctions définies de la manière suivante:
Figure imgf000027_0003
On a alors les relations:
4(τ,v) = Ce~2iπvtx(t + τ/2) x*(t ~ τl2)dt soit, en posant u = -t :
4(τ,v) =je2iπvux(-u + τl2)x*(-u - τl2)du =
Ce2iπvux(u - τ 12)x* (u + τl 2)du = * (T, V)
On en conclut en particulier que si une fonction x est paire, c'est à dire que x = x~ , sa fonction d'ambiguïté est réelle. Par ailleurs, on notera la relation suivante: A . (r, v) = fe-2iπvtx* (u + τ/2)x(u -τl 2)du ≈ A, (-τ, y)
En combinant ces deux relations, on obtient:
A~(τ,v) = Ax(τ,-v)
1. FONCTION D'AMBIGUÏTÉ ET TRANSFORMÉE DE FOURIER On peut réécrire la définition de la fonction d'ambiguïté de la façon suivante:
Figure imgf000028_0001
encore Ax(τ,v)
2. FONCTION D 'AMBIGUÏTÉ ET TRANSLATION TEMPS FRÉQUENCE
Considérons une fonction translatée d'une fonction prototype x(t) quelconque, soit: xk=eiφke2i,tVktx(t-τk)
La fonction d'ambiguïté associée s'écrit:
Figure imgf000028_0002
Je-2iπvte2iπv*τx(t -τk+τl 2)x*t-τk-τl 2)dt soit, en posant u = t -τk: (τ, v) =
Figure imgf000028_0003
A ;, v)
5. ORTHOGONALITE ET FONCTION D'AMBIGUÏTE
Cas général
On considère deux fonctions translatées d'une même fonction x(t), soit: xk ≈é^e2iπv^x(t-τk) xk,≈éφ*e2iπVtΛx(t-τk,)
Figure imgf000028_0004
soit, en posant u = t- τk+τk,)/2 - (τk, - τk)ll)du
Figure imgf000028_0005

Claims

REVENDICATIONS
1. Signal multiporteuse formé d'une succession temporelle de symboles constitués d'un ensemble d'éléments de données, chacun desdits éléments de données modulant une fréquence porteuse dudit signal, lesdits éléments de données comprenant d'une part des éléments de référence appelés pilotes, dont la valeur à l'émission est connue d'au moins un récepteur destiné à effectuer une réception dudit signal, et d'autre part des éléments de données informatifs, dont la valeur à l'émission n'est pas connue a priori du ou desdits récepteur(s), une desdites fréquences porteuses modulée, à un instant donné, par un desdits éléments de données, étant appelée porteuse, caractérisé en ce qu'on impose au moins une contrainte sur la valeur d'au moins un desdits éléments de données informatifs, de façon à réduire, à la réception, au moins un terme d'interférence affectant au moins un desdits pilotes.
2. Signal selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est de type OFDM/OQAM.
3. Signal selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une desdites contraintes consiste à annuler, pour au moins un pilote, un terme d'interférence due au moins partiellement aux porteuses directement voisines dudit pilote dans l'espace temps-fréquence.
4. Signal selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est de la forme :
Figure imgf000029_0001
où g est une fonction prototype prédéterminée telle que lesdites porteuses sont orthogonales, et où les termes a^ sont réels et représentent lesdits éléments de données, τ0 étant la durée d'un desdits symboles et v0 étant l'espacement entre lesdites fréquences porteuses, avec l/(v0τ0)=2, et où φra n=(π/2)*(m+n), m et n étant caractéristiques de la position, respectivement dans l'espace fréquence et dans l'espace temps, de la porteuse portant l'élément de données am a.
5. Signal selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il respecte la contrainte suivante : αi(α/B0+l,«0 ~ αn0 -l,B0 j + (~l) "
Figure imgf000030_0001
~ am0,n0-lj
Figure imgf000030_0002
où A^(τ0,θ) = A5(-τ0,θ) = α2 (To»vo) - ("τo'ro) = HO.-VQ) = 4(r0,-v0) = β et où Ag est la fonction d'ambiguïté de ladite fonction g, m0 et n0 étant caractéristiques du pilote pour lequel on veut annuler l'interférence.
6. Signal selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ladite fonction g est une fonction paire, réelle et isotrope.
7. Signal selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ladite fonction g est la fonction Iota.
8. Signal selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite contrainte est respectée en mettant en œuvre une transformation linéaire, permettant de figer au moins un degré de liberté sur un ensemble d'au moins une couronne comprenant lesdites porteuses voisines dudit pilote (m0, n0).
9. Signal selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que ladite contrainte est respectée en mettant en œuvre une transformation linéaire, permettant de figer un degré de liberté sur une couronne comprenant lesdites porteuses directement voisines dudit pilote (m0, n0).
10. Signal selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que ladite transformation est unitaire.
11. Signal selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'énergie associée à chacun desdits pilotes est sensiblement supérieure à l'énergie moyenne desdites porteuses modulées par un élément de données informatif.
12. Signal selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que lesdits pilotes forment un motif régulier dans l'espace temps-fréquence, deux pilotes consécutifs dans l'espace temps d'une part, et dans l'espace fréquence d'autre part, étant séparés par au moins deux porteuses.
13. Procédé de construction d'un signal multiporteuse formé d'une succession temporelle de symboles constitués d'un ensemble d'éléments de données, chacun desdits éléments de données modulant une fréquence porteuse dudit signal, lesdits éléments de données comprenant d'une part des éléments de référence appelés pilotes, dont la valeur à l'émission est connue d'au moins un récepteur destiné à effectuer une réception dudit signal, et d'autre part des éléments de données informatifs, dont la valeur à l'émission n'est pas connue a priori du ou desdits récepteur(s), une desdites fréquences porteuses modulée, à un instant donné, par un desdits éléments de données, étant appelée porteuse, caractérisé en ce qu'on impose au moins une contrainte sur la valeur d'au moins un desdits éléments de données informatifs, de façon à réduire, à la réception, au moins un terme d'interférence affectant au moins un desdits pilotes.
14. Procédé de construction selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits éléments de données informatifs appartenant à un ensemble d'au moins une couronne comprenant lesdites porteuses voisines d'un pilote déterminé forment un premier vecteur, obtenu en effectuant le produit d'une matrice déterminée d'annulation d'interférence et d'un second vecteur constitué d'un ensemble d'éléments de données informatifs sources, la valeur de l'un au moins desdits éléments de données informatifs sources étant figée.
15. Procédé de construction selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite matrice est unitaire, la valeur des coefficients de ladite matrice dépendant d'une fonction prototype associée audit signal multiporteuse, et en ce que l'un au moins desdits éléments de données informatifs sources est égal à zéro.
16. Procédé de construction selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite matrice est symétrique et orthonormale.
17. Procédé de réception d'un signal multiporteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il met en œuvre une estimation de la fonction de transfert d'un canal de transmission, comprenant une étape de détermination de la valeur d'au moins certains coefficients de ladite fonction de transfert, mettant en œuvre, pour au moins certains desdits pilotes, une division de la valeur desdits éléments de référence en réception par la valeur desdits éléments de référence connue à l'émission, de manière à obtenir une bonne estimation dudit canal.
18. Procédé de réception selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'interpolation en temps et en fréquence desdits coefficients, de manière à obtenir une estimation dudit canal sur l'ensemble dudit espace temps-fréquence.
19. Procédé de réception selon la revendication 18, caractérisé en ce que ladite étape d'interpolation comprend une sous-étape d'interpolation en temps et une sous-étape d'interpolation en fréquence.
20. Procédé de réception selon la revendication 18, caractérisé en ce que ladite étape d'interpolation consiste à réaliser une interpolation simultanée en temps et en fréquence.
21. Procédé de réception selon l'une quelconque des revendications 18 à 20, caractérisé en ce que ladite étape d'interpolation met en œuvre une sous-étape de filtrage numérique.
22. Procédé de réception selon l'une quelconque des revendications 17 à 21, caractérisé en ce qu'il tient compte de la ou lesdites contrainte(s) lors de la démodulation et/ou du décodage desdits éléments de données informatifs.
23. Procédé de réception selon l'une quelconque des revendications 17 à 22, caractérisé en ce que, ledit signal ayant été construit selon le procédé de la revendication 14, il comprend en outre une étape de récupération desdits éléments de données informatifs sources, selon laquelle on applique à un vecteur reçu correspondant audit premier vecteur une matrice inverse de ladite matrice déterminée d'annulation d'interférence.
24. Récepteur d'un signal multiporteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
25. Dispositif d'émission d'un signal multiporteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
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