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EP1595373A1 - Procede de transmission de donnees radio, signal, systeme, dispositif d'emission et dispositif de reception correspondants - Google Patents

Procede de transmission de donnees radio, signal, systeme, dispositif d'emission et dispositif de reception correspondants

Info

Publication number
EP1595373A1
EP1595373A1 EP04710891A EP04710891A EP1595373A1 EP 1595373 A1 EP1595373 A1 EP 1595373A1 EP 04710891 A EP04710891 A EP 04710891A EP 04710891 A EP04710891 A EP 04710891A EP 1595373 A1 EP1595373 A1 EP 1595373A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
channel
carrier
pilot
transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04710891A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas Ibrahim
Thierry Werling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sierra Wireless SA
Original Assignee
Wavecom SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR0301909A external-priority patent/FR2851383A1/fr
Application filed by Wavecom SA filed Critical Wavecom SA
Publication of EP1595373A1 publication Critical patent/EP1595373A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H—ELECTRICITY
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2602—Signal structure
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/005—Control of transmission; Equalising
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0202—Channel estimation
    • H04L25/0224—Channel estimation using sounding signals
    • H04L25/0228—Channel estimation using sounding signals with direct estimation from sounding signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/18—Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/24—Half-wave signalling systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2602—Signal structure
    • H04L27/261—Details of reference signals
    • H04L27/2613—Structure of the reference signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2626—Arrangements specific to the transmitter only
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    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only

Definitions

  • the present invention relates to the field of telecommunications, and in particular, the invention relates to the transmission and processing of data, in particular in a cellular network, in particular at high bit rates.
  • the invention relates to a channel response estimate and the use of this estimate to equalize data in a received signal.
  • the third generation radio systems, and the following, 10 offer or allow many services and applications involving the transmission of data at very high rates.
  • the resources allocated to data transfers (for example files containing sound and / or still or animated images), in particular via the Internet or similar networks, will represent a preponderant part of the available resource and will probably be greater than 15 In the long run, the resources allocated to voice communications, which should remain substantially constant.
  • the total throughput offered to users of radiotelephony equipment is limited in particular by the width of the available frequency band.
  • we have traditionally used 20 in particular, a densification of cells in a given territory.
  • a drawback of this technique is that it requires a multiplication of fixed stations (base station or BS from the English “Base Station” called “Node B” from the English “Node B” according to the UMTS standard), which are relatively complex and expensive items.
  • the data rate although high, is not optimal.
  • the more cells, and therefore the fixed stations the more complex the management.
  • the transmitted signals are generally subject to echoes resulting in the presence of multiple paths with different amplitudes and delays. The combination of these paths can lead to fading in the receiver, which can seriously disturb reception.
  • the environment and / or the receiver being mobile the channel changes over time. It is therefore necessary to provide in such systems effective means for countering disturbances on the signals and in particular to estimate the response of the channel and to ensure equalization of the data received by taking this estimate into account.
  • This supposes the emission of reference data (pilots in particular).
  • this reference data is transmitted at the expense of the useful data, which leads to a reduction in the useful throughput. This is particularly the case in third generation UMTS networks (from the English "Universal Mobile Telecommunications System” or "Universal Mobile Telecommunications System”).
  • the third generation systems under development are based, like the existing radiotelephony systems, on a symmetrical structure.
  • the UMTS standard defined at 3GPP (from the English “Third Generation Partnerchip Project” or “Third generation partnership project”) provides, for the main link FDD (from the English “Frequency Division Duplex” or “duplex par frequency distribution ”), a symmetrical distribution between the downlink (base station to terminal) and the uplink (terminal to base station).
  • FDD from the English “Frequency Division Duplex” or “duplex par frequency distribution”
  • TDD link from the English “Time Division Duplex” or “time division duplex”
  • the asymmetry thus offered is limited when faced with the needs of users for broadband Internet-type services, with or without mobility, on the downlink.
  • HSDPA broadband downlink
  • This link is based on packet data transmission using: - or a single carrier modulation (also called single carrier) of spread spectrum type (CDMA from English "Code Division Multiple Access” or “Multiple Access to Distribution by Code” in French); - either a modulation with multiple carriers (or sub-carriers)
  • a CDMA channel for the "basic" symmetrical link
  • an OFDM channel for an additional data transmission link
  • an estimation of the channel is implemented from pilots inserted in the OFDM signal in order to allow equalization of the received signal.
  • the principle of OFDM (illustrated with regard to FIGS. 1 and 2) consists in dividing a frequency band into a sufficiently large number of sub-bandwidths so that a channel subjected to multiple paths, and therefore frequency selective becomes not selective in each sub-band. The channel then becomes multiplicative on each sub-band, which facilitates equalization and effectively combats the selectivity of the propagation channel.
  • Figure 1 shows an OFDM signal known per se in a time / frequency plane.
  • This signal comprises a succession of OFDM symbols 1641 to 164p corresponding respectively to instants tl to tp.
  • Each of the OFDM symbols 1641 to 164p comprises several sub-carriers symbolized by solid or non-ellipses, each associated with a frequency.
  • the symbol 1641 comprises a first subcarrier 111 associated with the frequency FI, a second subcarrier associated with a frequency F2 and so on up to a 64 th subcarrier associated with an F64 frequency.
  • Certain frequencies are reserved for transmitting a pilot while others are reserved for the transport of data (the corresponding subcarriers being represented in the form of empty ellipses) .
  • the subcarriers 111, 112, l lp associated with the frequency FI allow data transport while the subcarriers 121, 122, 12p associated with the frequency F2 corresponding to pilots.
  • FIG. 2 illustrates a processing (known per se) of a signal 20 comprising OFDM symbols 1641 to 164p presented opposite FIG. 1.
  • the signal 20 is first presented in baseband to a demodulator 21 which is loaded convert the received signal into a succession of samples which will be processed later.
  • the OFDM signal 20 comprises a sum of several symbols each modulating a subcarrier over a duration corresponding to an OFDM symbol.
  • the subcarriers being orthogonal to each other, the OFDM demodulator 21 projects the signal received on all of the subcarriers, thus making it possible to extract information symbols.
  • the demodulator 20 then supplies means 22 for extracting the pilot symbols and an equalizer 24.
  • the means 22 extract the pilot symbols from the demodulated OFDM signal to supply channel values at the time / frequency positions corresponding to interpolation means 23.
  • the interpolation means 23 estimate the channel in the entire time / frequency plane from the channel values supplied by the means 22 and supply the equalizer 24 with the channel estimation thus obtained.
  • the equalizer 24 equalizes the information symbols transmitted by the demodulator 21 on the basis of the channel estimation supplied by the means 23 by presenting at output 25 a succession of equalized information.
  • the equalization processing of a CDMA signal is relatively different from that described above for a signal corresponding to multi-carrier modulation. Indeed, to equalize a CDMA signal within the framework of the UMTS standard and more generally a single-carrier signal subjected to a multipath channel, it is possible to autocorrelate a dedicated pilot signal transmitted continuously (called CPICH channel ).
  • a multi-path channel includes multiple paths, each with delay and attenuation.
  • the transmission channel comprising L paths can be modeled in the form of the following transfer function h (t):
  • - a) represents a coefficient of the channel along the f me path; ⁇ , an associated delay f me path; t time; and - ⁇ the distribution of Dirac.
  • the invention according to its various aspects aims in particular to overcome these drawbacks of the prior art.
  • an objective of the invention is to provide a method and devices for transmitting data through a radio channel (and therefore liable to be subjected to multiple paths) which are relatively technically simple to implement, and therefore inexpensive, and suitable for the reception of different types of data (for example voice and multimedia data at low or high speed).
  • Another objective of the invention is to propose such a data transmission technique improving the use of available resources, and which is particularly suitable for transmitting data at low or high speeds (for example of several Mbits / s) .
  • the invention also aims to improve the use of an allocated frequency band while maintaining reliable and efficient data transmission.
  • An additional objective of the invention is to provide such a technique allowing the reception of data (in particular at high speed), even under unfavorable reception conditions (high travel speed and multiple paths in particular).
  • Yet another objective of the invention is to provide such a technique, which allows an improved allocation of the transmission resource, between one or more mobiles, at a given time.
  • an objective of the invention is to allow the sharing of the high speed transmission resource.
  • the invention aims to improve the robustness vis-à-vis the radio-mobile propagation conditions and in particular an improvement in data transmission performance and / or the mobility of communication terminals.
  • the invention provides a method of transmitting radio data between a transmitter and a receiver, implementing at least one pilot signal with single carrier and at least one first signal for transmitting data transmitted according to a modulation with multiple carriers , remarkable in that it comprises a step of estimating the response of the transmission channel of the first data transmission signal transmitted according to a multi-carrier modulation, the estimation taking account of the single-carrier pilot signal, a part at less of the pilot signal coinciding in time with at least part of the first signal.
  • a pilot signal is in particular a predetermined signal whose temporal, frequency and / or amplitude characteristics during transmission are known to the receiver, which makes it possible to estimate a transmission channel.
  • At least part of said pilot signal coinciding temporally with at least part of the first signal means, here, that all or part of the pilot signal coincides temporally with all or part of the first signal According to a particular characteristic, the method is remarkable in that the part of the pilot signal, taken into account by the estimation coincides integrally with at least a part of the first signal.
  • the method is remarkable in that the pilot signal and the first signal are asynchronous.
  • the implementation of the method is simple, its constraints being less strong. According to a particular characteristic, the method is remarkable in that the pilot signal and the first signal are synchronous.
  • the estimation of the response of the channel of the first signal is direct and there is no need for extrapolation of the rhythm of the first signal and of the pilot signal.
  • the method is remarkable in that the frequency band used for the pilot signal on a transmission channel includes the frequency band used for the first transmission signal.
  • the entire frequency band used for the first transmission signal based on multi-carrier modulation making it possible, in particular, to obtain a fine estimate of the channel over the entire band, is taken into account for equalization.
  • the frequency band used for said pilot signal on a transmission channel does not completely encompass the frequency band used for the first transmission signal, an extrapolation is necessary to obtain information on the entire corresponding band at the first multicarrier transmission signal, this extrapolation giving less reliable results than an estimate over the entire band.
  • the method is remarkable in that it comprises an equalization of the data transmitted according to a multi-carrier modulation, the equalization taking into account the estimation of the response of the transmission channel of the first transmission signal.
  • the implementation of the equalization of the first signal does not require the use of pilots inserted in the signal with multiple carriers which makes it possible to save bandwidth.
  • the method is remarkable in that the estimation takes into account at least one autocorrelation performed on the pilot signal.
  • the method is remarkable in that each of the autocorrelations is associated with a delay corresponding to a path on the transmission channel. According to a particular characteristic, the method is remarkable in that the autocorrelations are performed for each of the paths between the transmitter and the receiver on the transmission channel and corresponding to delays less than a determined maximum terminal.
  • the entire transmission channel can be finely estimated and an echo determination is not necessary.
  • the method is remarkable in that it comprises a step of selecting paths between the transmitter and the receiver on the transmission channel and in that the autocorrelations are carried out for each of the paths selected during the selection step.
  • the implementation of the method is simplified, which in particular makes it possible to save material resources (electronic components, silicon surface or CPU time) and / or energy (in particular supplied by battery with limited autonomy in the case mobile terminals).
  • a selection of journeys based on the determination of echoes is moreover generally implemented in a mobile system with a single carrier. Thus, this step does not consume additional resources.
  • the method is remarkable in that it comprises a step of determining a frequency response taking into account the autocorrelations.
  • a channel estimation both time and frequency can be provided, which is particularly well suited to an equalization of data transmitted on a multi-carrier signal.
  • the method is remarkable in that it comprises a Fourier transform step providing at least one coefficient associated with each subcarrier of a symbol of the first signal for the transmission of data transmitted according to a multi-carrier modulation.
  • the method is remarkable in that the pilot signal is of the spread spectrum type.
  • the invention allows compatibility with spread spectrum systems (in particular of the UMTS type), elements dedicated to the processing of spread spectrum signals which can advantageously be used for the equalization of data transmitted on a multi-carrier channel. .
  • the method is remarkable in that the first data transmission signal transmitted according to a multi-carrier modulation does not include a pilot symbol.
  • the method allows an economy of bandwidth and, in particular, an improvement in the overall transmission rate (or useful data rate).
  • the method is remarkable in that the first transmission signal is of the OFDM type.
  • the method is remarkable in that the first transmission signal is of the IOTA type.
  • the use of the method when the multi-carrier signal is of IOTA type is particularly advantageous since in this case, a so-called first ring processing aimed at eliminating pilot interference in the multi-carrier IOTA signal is not implemented. work here.
  • the invention makes it possible to take advantage of the advantages of IOTA modulation (in particular the absence of a guard interval thus making it possible to increase the data transmission rate) while having a simple implementation.
  • the modulation of the IOTA type is defined in patent FR-95 05455 filed on May 2, 1995.
  • the IOTA modulation is notably based on a multicarrier signal intended to be transmitted to a digital receiver, corresponding to the frequency multiplexing of several elementary sub-carriers each corresponding to a series of symbols, two consecutive symbols being separated by a symbol time ⁇ 0 , the spacing v 0 between two neighboring sub-carriers being equal to half the inverse of the symbol time ⁇ 0 , and each subcarrier undergoing shaping filtering of its spectrum having a bandwidth strictly greater than twice the spacing between subcarriers v 0 , the filtering being chosen so that each symbol is strongly concentrated in the time domain and in the frequency domain.
  • the method is remarkable in that, in addition, the transmitter transmits a second data transmission signal on a single carrier channel to the receiver, the signal being equalized from a channel estimate determined
  • a single carrier channel can be used for the transmission of information and / or signaling data, the channel estimation from the single carrier pilot signal making it possible both to equalize the data transmitted on a signal.
  • single-carrier and data transmitted on a multi-carrier signal The invention therefore allows a wide variety of applications, in particular data transmission, for example, at low speed on a single carrier channel and at high speed on a multi-carrier channel, as well as compatibility with existing radio communication standards (in particular the UMTS standard and more generally mobile network standards based on the use of single carrier channels).
  • the method is remarkable in that the transmitter and the receiver belong to a mobile communication network.
  • the method is particularly well suited to the conditions of transmission to mobile terminals and / or in a mobile environment. It allows in particular to take into account an unstable channel with multiple echoes. It is also particularly suitable for the use of communication between a base station and a terminal.
  • an advantageous implementation comprises two downlink channels between a base station and a terminal, one of the channels being of the single carrier with pilot type and the other with multiple carrier without pilot.
  • the method is remarkable in that the transmitter belongs to a base station of the mobile communication network and the receiver belongs to a terminal, the base station transmitting the pilot signal and the first data transmission signal. using multi-carrier, high-speed modulation when necessary.
  • the method is particularly well suited to a transmission between a base station and a mobile network terminal and more precisely, but not exclusively, to a high speed transmission (in particular for data transmissions at a speed greater than 1 Mbit / s) on a downlink channel between the base station and the terminal using multicarrier modulation.
  • a bidirectional link can be provided between the base station and the terminal: the base station transmitting data on a multicarrier channel and a pilot signal and possibly low signaling and / or information data throughput on a single carrier channel, - the terminal transmitting signaling and / or information data to the base station on a single carrier channel.
  • the method is remarkable in that it comprises a step of generating a reference clock associated with the first data transmission signal transmitted according to a multi-carrier modulation, the generation of a reference clock taking account of the single-carrier pilot signal, and the reference clock supplying the estimation of the response of the transmission channel of the first transmission signal of data transmitted according to a multi-carrier modulation.
  • the method is remarkable in that it comprises an equalization of the data transmitted according to a multi-carrier modulation, the first data transmission signal transmitted according to a multi-carrier modulation comprising pilot symbols and the clock. reference feeding the equalization.
  • the transmission channel when, in particular, the transmission channel is very noisy and / or disturbed, it is useless to reserve OFDM symbols containing only pilots.
  • the useful bandwidth corresponding to the multi-carrier modulation is therefore optimized, the determination of a reference clock and / or the frequency control of the receiver on the transmitter being carried out taking into account the pilot signal with single carrier.
  • the method is remarkable in that it implements at least two modes of transmission of data transmitted according to a multicarrier modulation, the first signal of transmission of data transmitted according to a multicarrier modulation comprising symbols pilots according to a first mode and not comprising a pilot symbol according to a second mode.
  • the method is remarkable in that it comprises a step of switching from the first mode to the second mode and vice versa as a function of the quality of reception of the first data transmission signal transmitted according to a multicarrier modulation.
  • an unmanned communication mode on the multi-carrier signal is preferred when the reception quality is sufficient; on the other hand, a mode of communication with pilot on the signal with single carrier and on the signal with multiple carriers is implemented if the quality of reception without pilot on the signal with multiple carriers is insufficient and the number of pilot is increased or reduced depending on the quality of reception.
  • the invention also relates to a device for receiving radio data using at least one pilot signal with single carrier and at least one signal for transmitting data transmitted according to a multicarrier modulation, remarkable in that the device comprises means for estimation of the transmission channel response of the data transmission signal transmitted according to a multi-carrier modulation, the estimation taking into account the single-carrier pilot signal, at least part of the pilot signal coinciding in time with at least part of the first signal ..
  • the invention further relates to a radio data transmission device implementing at least one single carrier pilot signal and at least one data transmission signal transmitted according to a multi-carrier modulation, remarkable in that the device comprises means for modulating the unmanned transmission signal, the pilot signal being intended to allow an estimation of the response of the transmission channel of the transmission signal of data transmitted according to a multi-carrier modulation, the estimation taking account of the single pilot signal carrier, at least part of the pilot signal coinciding in time with at least part of the first signal.
  • the invention relates to a radio data transmission signal comprising at least one pilot single carrier channel and one communication channel.
  • multi-carrier data transmission remarkable in that the multi-carrier transmission channel is unmanned, the single-carrier pilot channel being intended to allow an estimation of the response of the transmission channel of data transmitted according to a multi-carrier modulation , the estimation taking into account the single carrier pilot signal, at least part of the pilot signal coinciding in time with at least part of the first signal.
  • the invention also relates to a cellular telecommunication system of the type implementing at least one single-carrier pilot channel and one multi-carrier data transmission channel remarkable in that the multi-carrier transmission channel is unmanned, the channel single-carrier pilot being intended to allow an estimation of the response of the transmission channel of data transmitted according to a multi-carrier modulation, the estimation taking account of the single-carrier pilot signal, at least part of the pilot signal coinciding in time with at minus part of the first signal.
  • the advantages of the devices, the data transmission signal and the system are the same as those of the data transmission method, they are not described in more detail.
  • FIG. 1 presents an example of an OFDM signal known per se
  • FIG. 2 shows a diagram of equalization of the OFDM signal according to FIG. 1
  • - Figure 3 illustrates a mobile communication network according to the invention according to a particular embodiment
  • Figure 4 describes a transceiver module associated with a fixed station implemented in the network of Figure 3
  • FIG. 5 describes a transceiver module associated with a terminal implemented in the network of FIG. 3;
  • Figure 8 shows a communication protocol in the mobile communication network of Figure 3.
  • FIG. 9 illustrates equalization means implemented in the transmitter / receiver of Figure 5 according to an alternative embodiment of the invention.
  • the technique known per se and illustrated with reference to FIG. 1 consisting in demodulating and separately equalizing a single-carrier channel and a multi-carrier channel has several drawbacks. In particular, the overall transmission rate (or bit rate of useful data) is not optimized.
  • This technique also results in a reduction of the energy allocated to the information symbols for a given maximum transmission power.
  • an additional envelope fluctuation is generated due in particular to the fact that the energy of the pilot symbols is higher than that of the other OFDM symbols and that the pilot symbols are distributed by a discontinuously in the time / frequency plane, which generates an increase in energy of the OFDM symbols containing pilot symbols.
  • the general principle of the invention is based on the transmission of a single carrier pilot signal (for example of the CPICH type as used in the context of UMTS) associated with the transmission of data on a channel multiple carriers (for example OFDM type).
  • a single carrier pilot signal for example of the CPICH type as used in the context of UMTS
  • OFDM type for example OFDM type
  • the channel estimate provided by the pilot signal is used.
  • the pilot signal undergoes an auto-correlation over a length corresponding to that of an OFDM symbol, then this estimate is transposed in the frequency domain by applying to it, for example, a Fourier transform (discrete or fast) in order to feed equalization of the demodulated OFDM signal.
  • the pilot signal is processed in a simplified manner by considering only the most relevant delays.
  • FIG. 3 a block diagram of a mobile radio network implementing the invention is presented.
  • the network is for example a network partially compatible with the UMTS standard ("Universal Mobile Telecommunication System") defined by the 3GPP committee.
  • the network includes a cell 30 which is managed by a base station 31
  • the cell 30 itself comprises the base station 31 and terminals (UE) 32, 33 and 34.
  • the terminals 32, 33 and 34 can exchange data (for an application type layer) and / or signaling with the base station 31 via uplink and downlink channels.
  • the terminal 32 and the base station 31 are connected in communication by:
  • a single carrier downlink 310 allowing the transport of signaling and / or control data communication with terminal 32 as well as the transmission of a pilot signal;
  • a downlink channel 312 with multiple unmanned carriers for example of the OFDM type, allowing high speed data transfer from the base station 31 to the terminal 32.
  • the terminals are in standby mode, that is to say in a mode where they are not in communication mode but present and available for communication.
  • these terminals are in particular listening to signals transmitted by the base station 31 on a downlink channel using a simple carrier modulation. These signals are transmitted on: common transport channels corresponding to the services offered to the upper layers of the communication protocol, in particular on BCH (or “broadcast channel” from English “Broadcast CHannel”) and PCH (or “ mobile search channel “from English” Paging CHannel "); and common transport channels corresponding to the physical layer of the communication protocol, in particular on CPICH channels (or “pilot common channel” in English)
  • the single carrier channels used by third generation (or 3G) mobile networks are well known to those skilled in the art of mobile networks and are in particular specified in the “3 rd Generation Partnership Project” standard;
  • FIG. 4 illustrates a transceiver module 40 belonging to the base station 31 implemented in the network 30.
  • the module 40 notably comprises:
  • the antenna 43 is connected to each of the reception 41 and transmission 42 chains via the duplexer 47.
  • the reception chain 41 is suitable for processing the uplink channel 311 with single carrier and provides on an output 44 of the decoded data received by the antenna 43.
  • This chain 41 the implementation of which is well known to those skilled in the art, will not be described further.
  • the transmission chain 42 is suitable for transmitting: a pilot signal 4211 as well as signaling and / or control data for a communication on the downlink channel 310 with single carrier; and data 46 at low or high speed on the downlink multi-carrier channel 312.
  • the transmission chain 42 comprises:
  • a modulator 429 adapted to generate a CPICH pilot signal 4211 from a reference code 45;
  • a modulator 4210 adapted to modulate data 46 according to a multi-carrier OFDM modulation; - a signal processing processor (or DSP from English
  • the DSP 428 is associated with a hardware accelerator for the combination:
  • - single carrier signals to be transmitted including the CPICH 4211 pilot channel and possibly signals carrying control, signaling data and / or useful information to be transmitted on a single carrier channel;
  • the OFDM channel here carries only useful information data and does not include subcarriers associated with pilots.
  • the pilot channel 4211 and the multi-carrier signals 4212 are combined synchronously (the symbols
  • pilot channel 4211 and the multi-carrier signals 4212 are combined asynchronously.
  • FIG. 5 illustrates a transmission-reception module 50 belonging to one of the terminals 32 to 34 implemented in the network 30.
  • the module 50 is adapted to communicate with the module 40 illustrated with reference to FIG. 4.
  • the module 50 includes in particular:
  • the antenna 53 is connected to each of the reception 51 and transmission 52 chains via the duplexer 57.
  • the transmission chain 52 is adapted to process the uplink channel 311 with single carrier. It provides a single carrier modulated signal to the antenna 53 for transmission on the uplink channel 311 from the data presented on an input 54.
  • This chain 52 the implementation of which is well known to those skilled in the art will not be not described further.
  • the reception chain 51 is adapted to receive:
  • the reception chain 51 comprises: a low noise amplifier 510
  • a bandpass filter 423 centered around the intermediate frequency and a bandwidth corresponding to the width used for the transmission of the signal; an I / Q 514 baseband converter controlled by a 515 synthesizer; a digital analog converter 516, 517 on each of the channels I (channel in phase) and Q (channel in quadrature of phase);
  • a signal processing processor (or DSP) 518 making it possible to separate single-carrier signals and multi-carrier signals; and - Equalization means 519 adapted to demodulate and equalize the single-carrier and multi-carrier signals supplied by the DSP 518.
  • DSP signal processing processor
  • FIG. 6 illustrates the equalization means 519 which comprise: a CPICH input accepting baseband signals modulated in single carrier and supplied by the DSP 518; an OFDM input accepting baseband signals modulated in multiple carriers (of OFDM type) and supplied by the DSP 518.
  • the CPICH input notably includes a signal of CPICH type making it possible to estimate the transmission channel.
  • the equalization means 519 further comprise: estimation means 60 adapted to estimate a channel from a pilot signal with single carrier; - OFDM demodulation means 64; and
  • the means 60 accept as input a CPICH type signal in single carrier and comprises in particular: auto-correlation means 600; and - Fourrier transform means 602.
  • the autocorrelation means 600 perform an estimation of the channel as a function of the CPICH signal and more precisely an autocorrelation of the CPICH signal for each of the delays ⁇ l a ⁇ n, ⁇ l corresponding to the direct path, ⁇ 2 to a second path and ⁇ n to the path the longer (each of the selected paths corresponding to a direct path or to a relevant echo), n autocorrelations are thus calculated.
  • ⁇ k is equal to the product of a factor k by the chip period Te of the CPICH code (equal to 1/3840000 s or approximately 0.26 ⁇ s within the framework of the UMTS standard), k being preferably a integer or a multiple of 0.5.
  • the OFDM symbols are transmitted synchronously with the CPICH symbols.
  • the autocorrelation function is implemented on a window corresponding to a CPICH code symbol (or equivalently in the case of synchronization between the different signals, to an OFDM symbol).
  • the OFDM symbols and the CPICH code symbols are transmitted asynchronously.
  • several variants can be implemented: according to a first variant, one calculates autocorrelations of the CPICH symbol closest in time to the symbol
  • the autocorrelation means 600 transmit to the means 602, on n outputs 601, the n results of autocorrelations performed, each of the n results being associated with one of the outputs 601.
  • n is chosen to be greater than or equal to the number of subcarriers used in the OFDM channel.
  • n is chosen to be greater than or equal to the number of subcarriers used in the OFDM channel.
  • the means 602 implement a fast Fourrier transform (or FFT from the English "Fast Fourrier Transform") of length 1024 which makes it possible to obtain 1024 channel coefficients on the considered band of 3.84 MHz.
  • the means 602 if the number of OFDM subcarriers is not a power of 2, the means 602 preferably implement a discrete Fourrier transform (or DFT from the English "Discrete Fourrier Transform") of suitable length.
  • a discrete Fourrier transform or DFT from the English "Discrete Fourrier Transform" of suitable length.
  • each sub-carrier of the OFDM channel has a bandwidth equal to 3.75 kHz, and if each OFDM symbol is modulated on 600 sub-carriers, a useful band of the order of 2 MHz is obtained and the means 602 implement a DFT of length 600 providing 600 coefficients. This gives an estimate of the frequency channel which can be used for OFDM equalization.
  • the correlation of the CPICH signal is made over the duration of a corresponding OFDM symbol.
  • a new correlation (and therefore a new channel estimate) is thus made for each OFDM symbol.
  • a single estimate can be considered to be valid for several OFDM symbols (which in particular makes it possible to save resources (CPU time, batteries, etc.) of the receiving terminal).
  • the means 64 demodulate the input OFDM signal and supply demodulated OFDM symbols to the OFDM equalization unit 66.
  • the equalization unit equalizes the OFDM symbols as a function of the estimate of the channel and provide the data d information corresponding to the OFDM symbols processed.
  • the equalization can be carried out according to different methods taking into account a channel estimation.
  • a first relatively simple equalization method comprises a multiplication of the OFDM symbols received by the conjugate of the channel (which allows phase correction).
  • OFDM symbols are divided by the channel.
  • the equalization of the data originating from the OFDM symbols is of the MMSE type (from the English "Minimum Mean Square Error" or "Error with minimum variance").
  • FIG. 7 illustrates equalization means 79 according to a variant of the invention making it possible to simplify their implementation.
  • the essential difference between the equalization means 79 and 519 is based on the determination of the paths associated with an autocorrelation determination.
  • the elements common to the equalization means 79 and 519 bear the same references and will not be described further.
  • the receiver implements an echo detection and an estimation of r delays ⁇ l a ⁇ r corresponding (for example from a primary synchronization channel (“Primary SCH” according to the UMTS standard)) .
  • Primary SCH primary synchronization channel
  • the equalization means 79 include:
  • - estimation means 70 adapted to estimate a channel from a pilot signal with single carrier; - OFDM demodulation means 64; and
  • the estimation means 70 accept as an input a signal of the CPICH type in single carrier, as well as a list of the r-delays ri to ⁇ r to be taken into account and notably includes:
  • the auto-correlation means 700 carry out an estimation of the channel as a function of the CPICH signal and more precisely an autocorrelation of the CPICH signal for each of the delays ⁇ l to ⁇ r to be taken into account (according to a method or variants similar to those implemented in the means of auto-correlation
  • the autocorrelation means 700 transmit to the Fourier transform means 602, on n outputs 601: the r results of autocorrelations performed corresponding to the delays ⁇ l ⁇ r; and
  • the autocorrelation means 700 carry out an estimation of the channel in function of the CPICH signal and more precisely an autocorrelation of the CPICH signal for each of the delays ⁇ l to ⁇ m equal to or close to the delays ⁇ l to ⁇ r.
  • a delay is close to a delay ⁇ i, if it differs by at most P chip periods Te from the delay xi considered, P preferably being equal to 2 (but being able to take other values, for example 1 or 3) .
  • an autocorrelation will preferably be carried out by the means 700 for the delays ⁇ i-2Tc, ⁇ i-Tc, ⁇ i, ⁇ i + Tc and ⁇ i + 2Tc.
  • the larger the value of P the finer the estimate.
  • the smaller the value of P the simpler the implementation of the autocorrelation means 700.
  • the delays taken into account and obtained, for example, by interpolation of the signal CPICH are non-integer multiples of the chip time Te.
  • FIG. 8 illustrates a communication protocol between the base station 31 and the terminal 32 during a communication implementing the channels 310 to 312.
  • This protocol comprises two phases: a phase 80 of communication establishment essentially comprising exchanges signaling data and a communication phase 81 implementing high speed data transmission using an OFDM channel and a CPICH channel for estimating the transmission channel.
  • the base station 31 transmits a signal 800 on the downlink SCH intended for the terminals present in the cell 30 and in particular for the terminal 32.
  • the terminal 32 is synchronized on the SCH channel of the base station 31. It is noted that this SCH signal is transmitted regularly by the base station 31 and that as soon as the synchronization of the terminal 32 degrades beyond a certain predetermined threshold, it synchronizes again on base station 31.
  • the base station 31 also transmits a signal 801 on the BCH channel.
  • This downlink signal indicates to terminal 32 which PCH channel it should listen to.
  • the terminal 32 listens to the PCH channel indicated by the signal 802.
  • the base station 31 transmits a signal to the terminal 32 on the PCH channel indicated by the signal 801, this signal making it possible to detect an incoming call.
  • the terminal 32 wishes to initiate a communication, it transmits a signal 803 on the RACH channel (from the English “Random Access CHannel” which is a common channel corresponding to a high layer service of access to the channel) , this signal 803 indicating to the base station 31 that the terminal 32 requests the establishment of a communication.
  • the base station 31 transmits a communication channel allocation signal 804 on the FACH channel (from the English “Fast Access CHannel” which is also a common channel corresponding to a high layer service) according to the first mode communication (single carrier).
  • the signals corresponding to the first communication mode are compatible with the first two layers (physical and link) defined by the UMTS standard.
  • the base station indicates where, when and how to listen to the OFDM.
  • the terminal 32 listens to the pilot channel 805 CPICH which, according to the invention, makes it possible in particular to estimate the transmission channel.
  • the pilot channel 805 CPICH is transmitted continuously by the base station 31.
  • the mobile sends a request via the uplink PRACH 806 channel (physical channel corresponding to the RACH channel) while listening to the FACH 804 channel, to obtain the network response, as provided by the current UMTS - FDD standard. If the network decides that the information to be transmitted to the mobile is large, in particular if the speed offered by the FACH channel is not enough, the base station 31 indicates to the terminal 32 via the FACH channel 804 corresponding to the first mode communication to listen to the associated OFDM channel for data transmission.
  • the use of a common channel, called OFDM channel, using OFDM modulation is coupled with the common RACH / FACH channels (that is to say the terminal transmits a RACH request and the station responds with a FACH frame which indicates to the terminal 32 that the data transmission between the base station 31 and the terminal 32 is carried out according to a second multi-carrier communication mode) without changing the physical characteristics of transmission of the RACH (channel up) and FACH (down channel).
  • the FACH channel carries signaling information allowing the mobile to listen to the OFDM channel correctly.
  • the FACH indicates when (i.e.
  • the base station uses OFDM modulation with predetermined characteristics (symbol times, spacings between the subcarriers and distribution of the reference symbols or pilot symbols). According to a variant, these characteristics will be optimized dynamically by the base station and adapted as a function of the characteristics of the propagation channel.
  • the communication between the base station 31 and the terminal 32 switches to a second communication mode (phase 81) which uses unmanned multi-carrier modulation, the transmission of a single carrier CPICH pilot channel being preferably maintained.
  • the base station 31 transmits data on the common OFDM channel via the successive signals 810, 811 and following, the pilot signal CPICH single carrier being transmitted by the base station 31 continuously allowing the terminal 32 to correctly estimate the transmission channel.
  • Level 2 acknowledgments can then be sent by the terminal
  • the terminal 32 and / or the base station 31 indicate via the FACH channel that the communication ends.
  • FIG. 9 illustrates equalization means 90 implemented in the terminal 32 according to an alternative embodiment of the invention particularly well suited when the transmission channel is very noisy and / or disturbed (for example by a strong type effect Doppler or an environment with many echoes which cause signal fading, difficult to process when the OFDM signal does not have a pilot symbol according to certain embodiments of the invention).
  • a person skilled in the art inserts into the OFDM signal not only symbols comprising for example 10% of subcarriers associated with pilots (as represented in FIG. 1) but also a learning sequence which includes only pilot type subcarriers. These latter symbols not containing data represent several percent (for example 10%) of the OFDM symbols and consequently reduce the bandwidth usable for the data.
  • a transmitter transmits a CPICH signal continuously and data according to an OFDM modulation to a receiver implementing the equalization means 90.
  • certain symbols OFDM include drivers for frequency estimation.
  • the equalization means 90 carry out on the one hand a frequency estimation from the CPICH channel making it possible to calibrate the frequency of the reference clock (13 MHz clock also called VTCXO and in particular conforms to GSM and UMTS standards (in particular TS 25.101) defined by the 3GPP (or 3rd Generation Project Partnership) standardization committee of the receiver on the transmitter, because the reference clock of the receiver is different from that of the transmitter.
  • the equalization means 90 demodulate the signal OFDM and equalize it taking into account the frequency estimation made from the CPICH channel.
  • the equalization means 90 comprise: a CPICH input accepting baseband signals modulated in single carrier and supplied by the DSP 518; - an OFDM input accepting baseband signals modulated in multiple carriers (OFDM type) and supplied by the DSP 518.
  • the CPICH input notably includes a CPICH type signal making it possible to estimate the reference frequency.
  • the equalization means 90 further comprise: frequency estimation means 91 adapted to estimate the frequency of the corresponding to the signals received from a pilot signal with single carrier; an oscillator 97; a frequency synthesizer 98;
  • the means 91 accept as input a signal of the CPICH type in single carrier. They perform a non-coherent demodulation of the CPICH signal including in particular an autocorrelation of the CPICH signal (“descrambling” in English) providing a time estimate of the symbols of the CPICH from which the phase between two successive symbols of the CPICH signal is calculated (implementing in particular a rake receiver, a weighted sum and an integration with a first order filter to correct excessive fluctuations).
  • the means 91 thus make it possible to supply a signal making it possible to control the servo of the oscillator 97 which generates a reference clock at 13 MHz associated with the signals received throughout the receiver.
  • the frequency synthesizer 98 generates a digital clock 92 CLK derived from the reference clock and transmits this clock 92 to the different parts of the equalization means 90.
  • a digital clock 92 CLK derived from the reference clock and transmits this clock 92 to the different parts of the equalization means 90.
  • the symbols OFDM are transmitted synchronously with the CPICH symbols. Only the transmission frequencies of the OFDM and CPICH signals derive from the same reference clock (the RF carriers are not necessarily the same).
  • a CLK 92 reference frequency or clock is thus obtained which is used for OFDM equalization and is supplied by the means 90 to the other parts of the transmitter / receiver, in particular the frequency estimation means 91, the means 96 of channel estimation, the OFDM demodulation means 93 and the OFDM equalization unit 95. We thus obtain a closed loop control.
  • the means 93 demodulate the input OFDM signal using the reference clock 92 and supply demodulated OFDM symbols to the OFDM equalization unit 95.
  • the channel estimation means 96 take into account symbols demodulated by the means 93 and the reference clock 92 to provide amplitude and phase corrections for the equalization means 95, determined from the OFDM signal.
  • the equalization unit 95 receives in parallel the clock 92, a channel estimate and demodulated OFDM symbols 94, communicated respectively by the means 91, 96 and 93.
  • the unit 95 equalizes the OFDM symbols from the reference clock 92 and as a function of a time estimate of the channel associated with the OFDM symbols then supplies the information data corresponding to the OFDM symbols processed on the output 55.
  • the equalization means 90 are implemented in the transceiver module 50: either in place of the equalization means 519 illustrated previously for this relatively simple implementation which is particularly well suited to any type of channel (strongly or slightly noisy); or either combined with the means 519.
  • a receiver combining the means 90 and the means 519 is particularly well suited to optimizing the useful bandwidth whatever the disturbances of the channel.
  • Such a receiver and the corresponding transmitter preferentially implement dynamic switching management of OFDM signal processing with or without pilots: when the channel is very noisy, the OFDM signal includes pilots and the receiver uses the CPICH channel for an estimation of the reference frequency and the OFDM channel for a temporal estimation of the channel with setting work of means similar to means 90; on the other hand, when the channel is not very noisy, the transmitter transmits an unmanned OFDM signal and the receiver implementing means similar to the means 519 estimates the channel from the CPICH signal to equalize the OFDM signal.
  • the transmitter and / or the receiver then comprise means for identifying good or bad reception when the OFDM signal does not have a pilot or more generally means for identifying the mode of transmission best suited to the channel, possibly taking into account a required quality of service (for example bandwidth requirements: the best bandwidth being offered when there is no driver, the unmanned mode will be favored when the bandwidth requirement is high).
  • the transmitter and the receiver agree on the mode of transmission via, for example, the RACH and FACH channels in a similar manner to that described previously with reference to FIG. 8 and the transmitter and the receiver implement means for processing different modes of communication (without OFDM pilot or with more or less OFDM pilots).
  • the base station preferentially uses modulation
  • the base station switches to a second communication mode.
  • certain OFDM symbols include pilots making it possible to estimate the frequency and the equalization means 90 carrying out on the one hand frequency estimating from the CPICH channel making it possible to set the frequency of the reference clock as indicated above with reference to FIG. 9.
  • the reception quality improves (thanks in particular to a reduction in noise or an increase in the power of the received signal to reduce the signal to noise ratio)
  • the base station switches to the first communication mode in order to optimize the useful bit rate.
  • a base station transmitter
  • several terminals receiveivers
  • two cases can be envisaged: - according to a first case, the communications are time multiplexed (for example according to a TDMA protocol from English
  • the communications are frequency multiplexed (for example according to an FDM A protocol from English
  • Frequency Division Multiple Access and, possibly, time; several radio links can then be active simultaneously; at a given instant, OFDM pilots using the entire frequency band allocated according to the second mode, all OFDM communications use the same mode with (second mode) or without pilot (first mode); for each time interval allocated to one or more receivers, the base station determines the most appropriate communication mode according to any criterion (for example, the reception quality of at least n terminals is insufficient to allow them to demodulate and equalize the signal
  • n is a threshold parameter, and is worth, for example, one or any other predetermined or dynamically updated value (depending on the number of terminals in particular)).
  • the network according to the invention which, in particular, implements the first and the second modes (or one of the two) is adapted to coexist with a network which does not implement a channel of the CPICH type and in particular with a base station adapted to communicate in a third mode where the symbols OFDM contain more pilots (for example, according to the third communication mode, a known state of the art modulation is implemented where 90% of OFDM symbols include 10% of subcarriers associated with pilots and, in addition, a learning sequence not comprising pilot-type subcarriers).
  • Single carrier modulation may in particular be of the phase modulation type (for example of the PSK (or “Phase Shift Keying”), GMSK (or “Gaussian Minimum Shift Keying”)) or of amplitude (in particular of the FSK type ( or Frequency Shift Keying), QAM (or “Quadrature Amplitude Modulation”))
  • phase modulation type for example of the PSK (or “Phase Shift Keying”), GMSK (or “Gaussian Minimum Shift Keying”)
  • amplitude in particular of the FSK type ( or Frequency Shift Keying), QAM (or “Quadrature Amplitude Modulation”)
  • amplitude in particular of the FSK type ( or Frequency Shift Keying)
  • QAM or “Quadrature Amplitude Modulation”
  • a person skilled in the art can make any variant in the type of multi-carrier modulation used.
  • the modulation may for example be of the OFDM type as described in particular in patent FR-98 04883 filed on April 10, 1998 by the company Wavecom or a modulation of IOTA type defined in patent FR-95 05455 filed on May 2, 1995 and included here by reference.
  • the invention is not limited to UMTS or 3G networks, but extends to communications between a fixed or mobile transmitter and fixed or mobile receiver, (corresponding for example to two terminals, to a network infrastructure station and a terminal or even to two network infrastructure stations) especially when high spectral efficiency and / or bandwidth savings are desired.
  • the possible supports of the invention are, for example, digital terrestrial broadcasting systems, be it images, sounds and / or data or digital communication systems towards high speed mobiles. (in mobile networks, local radio networks or for transmissions to or from satellites) or even for underwater transmissions using an acoustic transmission channel.
  • the applications of the invention are varied and in particular allow broadband services of the internet type (in the case of the application of the invention to
  • the invention allows the use of the single-carrier channel to perform processing specific to the OFDM channel, in particular: initial synchronization and monitoring of synchronization in time or in frequency, measurement of the quality of the modulation channel, ...

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Abstract

L'invention concerne un procédé de transmission de données radio entre un émetteur (40, 31) et un récepteur (50, 32, 34, 33), mettant en oeuvre au moins un signal pilote à simple porteuse (805) et au moins un signal (810, 811) de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, le procédé comprenant une estimation (60) de la réponse du canal de transmission du premier signal, l'estimation tenant compte du signal pilote à simple porteuse et une partie au moins du signal pilote coïncidant temporellement avec au moins une partie du premier signal. L'invention concerne également des dispositifs d'émission et de réception ainsi qu'un signal correspondant.

Description

PROCEDE DE TRANSMISSION DE DONNEES RADIO , SIGNAL , SYSTEME , DISPOSITIF D ' EMISSION ET DISPOSITIF DE RECEPTION CORRESPONDANTS
La présente invention se rapporte au domaine des télécommunications, et 5 en particulier, l'invention concerne la transmission et le traitement de données, notamment dans un réseau cellulaire, en particulier à des débits élevés.
Plus précisément, l'invention concerne une estimation de réponse de canal et l'utilisation de cette estimation pour égaliser des données dans un signal reçu.
Les systèmes de radiotéléphonie de troisième génération, et les suivants, 10 proposent ou permettent de nombreux services et applications supposant la transmission de données à des débits très élevés. Les ressources allouées aux transferts de données (par exemple des fichiers contenant du son et/ou des images fixes ou animées), notamment via le réseau Internet ou des réseaux similaires, représenteront une part prépondérante de la ressource disponible et seront 15 probablement supérieures, à terme, aux ressources allouées aux communications vocales, qui devraient rester sensiblement constantes.
Cependant, le débit total offert aux utilisateurs d'équipement de radiotéléphonie est limité notamment par la largeur de la bande fréquentielle disponible. Afin d'augmenter les ressources disponibles, on a traditionnellement 20 recours, notamment, à une densification des cellules sur un territoire donné. On crée ainsi une infrastructure de réseau divisée en « micro-cellules » qui sont des cellules de relativement petite taille. Un inconvénient de cette technique est qu'elle nécessite une multiplication des stations fixes (station de base ou BS de l'anglais « Base Station » appelé « Nœud B » de l'anglais « Node B » selon la 25 norme UMTS), qui sont des éléments relativement complexes et coûteux. En outre, le débit de données, quoique élevé, n'est pas optimal. De plus, au niveau supérieur, il est clair que plus il y a de cellules, donc de stations fixes, plus la gestion est complexe.
Dans les systèmes de télécommunication radio, les signaux transmis sont 30 généralement soumis à des échos entraînant la présence de trajets multiples possédant des amplitudes et des retards différents. La combinaison de ces trajets peut entraîner des évanouissements (ou « fading » en anglais) au niveau du récepteur, pouvant perturber très fortement une réception. En outre, l'environnement et/ou le récepteur étant mobiles, le canal évolue dans le temps. Il est donc nécessaire de prévoir dans de tels systèmes des moyens efficaces pour contrecarrer les perturbations sur les signaux et notamment d'estimer la réponse du canal et d'assurer une égalisation des données reçues en prenant en compte cette estimation. Cela suppose l'émission de données de références (pilotes notamment). Bien sûr, ces données de références sont transmises au détriment des données utiles, ce qui entraîne une diminution du débit utile. C'est notamment le cas dans les réseaux de troisième génération UMTS (de l'anglais « Universal Mobile Télécommunication System » ou « Système de Télécommunication Mobile Universel »).
Par ailleurs, les systèmes de troisième génération en cours de développement reposent, comme les systèmes de radiotéléphonie existants, sur une structure symétrique. Ainsi, le standard UMTS défini au 3GPP (de l'anglais « Third Génération Partnerchip Project » ou « Projet de partenariat de troisième génération ») prévoit, pour le lien principal FDD (de l'anglais « Frequency Division Duplex » ou « duplex par répartition de fréquence »), une répartition symétrique entre la voie descendante (station de base vers terminal) et la voie montante (terminal vers station de base). Il existe également un lien TDD (de l'anglais « Time Division Duplex » ou « duplex par répartition de temps ») permettant une certaine asymétrie. Cependant, l'asymétrie ainsi offerte est limitée face aux besoins des utilisateurs en services à haut débit de type Internet, avec ou sans mobilité, sur la voie descendante.
Aussi, il est envisagé d'ajouter un lien descendant à haut débit (dit HSDPA) qui assure un débit supplémentaire afin de satisfaire des besoins accrus en termes de débit pour, notamment, des applications multimédia. Ce lien est basé sur une transmission de données en paquet utilisant : - soit une modulation à simple porteuse (appelé également monoporteuse) de type à étalement de spectre (CDMA de l'anglais « Code Division Multiple Access » ou « accès Multiple à Répartition par Code » en français) ; - soit une modulation à porteuses (ou sous-porteuses) multiples
(appelé aussi multiporteuses), par exemple de type OFDM (de l'anglais « Orthogonal Frequency Division Multiplex » ou
« Multiplexage par division orthogonal des fréquences »).
Dans le second cas, on utilisera donc conjointement un canal CDMA (pour la liaison symétrique « de base ») et un canal OFDM (pour un lien de transmission de données supplémentaire), les deux canaux devant être traités (notamment démodulés et égalisés) séparément.
Afin de pouvoir décoder correctement les données reçues sur un canal
OFDM, notamment dans un environnement bruité et engendrant des échos multiples du signal radio, on met en œuvre une estimation du canal à partir de pilotes insérés dans le signal OFDM afin de permettre une égalisation du signal reçu.
Le principe de l'OFDM (illustré en regard des figures 1 et 2) consiste à diviser une bande fréquentielle en un nombre suffisamment grand de sous-bandes passantes de sorte qu'un canal soumis à des trajets multiples, et donc sélectif en fréquence devienne non sélectif dans chaque sous-bande. Le canal devient alors multiplicatif sur chaque sous-bande ce qui facilite l'égalisation et lutte efficacement contre la sélectivité du canal de propagation.
La figure 1 présente un signal OFDM connu en soi dans un plan temps/fréquence. Ce signal comprend une succession de symboles OFDM 1641 à 164p correspondant respectivement à des instants tl à tp. Chacun des symboles OFDM 1641 à 164p comprend plusieurs sous-porteuses symbolisées par des ellipses pleines ou non, associées chacune à une fréquence. Ainsi, le symbole 1641 comprend une première sous-porteuse 111 associée à la fréquence FI, une deuxième sous-porteuse associée à une fréquence F2 et ainsi de suite jusqu'à une 64ème sous-porteuse associée à une fréquence F64. Certaines fréquences (les sous- porteuses correspondantes étant représentées sous forme d'ellipses pleines) sont réservées pour transmettre un pilote alors que d'autres sont réservées pour le transport de données (les sous-porteuses correspondantes étant représentées sous forme d'ellipses vides). Ainsi, par exemple, les sous-porteuses 111, 112, l lp associées à la fréquence FI permettent le transport de données alors que les sous- porteuses 121, 122, 12p associées à la fréquence F2 correspondant à des pilotes.
La figure 2 illustre un traitement (connu en soi) d'un signal 20 comprenant des symboles OFDM 1641 à 164p présentés en regard de la figure 1. Le signal 20 est d'abord présenté en bande de base à un démodulateur 21 qui est chargé de convertir le signal reçu en une succession d'échantillons qui seront traités par la suite. Le signal 20 OFDM comprend une somme de plusieurs symboles modulant chacun une sous-porteuse sur une durée correspondant à un symbole OFDM. Les sous-porteuses étant orthogonales entre elles, le démodulateur 21 OFDM projette le signal reçu sur l'ensemble des sous-porteuses, permettant ainsi d'extraire des symboles d'informations.
Le démodulateur 20 alimente alors des moyens 22 d'extraction des symboles pilotes et un égaliseur 24.
Les moyens 22 extraient les symboles pilotes du signal OFDM démodulé pour fournir des valeurs de canal aux positions temps/fréquences correspondant à des moyens d'interpolation 23.
Les moyens 23 d'interpolation estiment le canal dans tout le plan temps/fréquence à partir des valeurs de canal fournies par les moyens 22 et alimentent l'égaliseur 24 avec l'estimation de canal ainsi obtenue. L'égaliseur 24 égalise les symboles d'informations transmis par le démodulateur 21 à partir de l'estimation de canal fournie par les moyens 23 en présentant en sortie une succession 25 d'informations égalisées.
Le traitement d'égalisation d'un signal CDMA est relativement différent de celui décrit ci-dessus pour un signal correspondant à une modulation à porteuses multiples. En effet, pour égaliser un signal CDMA dans le cadre de la norme UMTS et plus généralement un signal à simple porteuse soumis à un canal à chemins multiples, on peut effectuer une autocorrélation d'un signal pilote dédié émis de façon continu (appelé canal CPICH). Un canal à chemins multiples comprend plusieurs trajets affectés chacun d'un retard et d'une atténuation.
Ainsi, après détermination des retards τ, subis par le signal pilote transmis, on effectue une autocorrélation de ce signal. Le canal de transmission comprenant L trajets peut être modélisé sous la forme de la fonction h(t) de transfert suivante:
où :
- ait) représente un coefficient du canal selon le f me trajet ; τ, un retard associé f me trajet ; t le temps ; et - δ la distribution de Dirac.
L'invention selon ses différents aspects a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir un procédé et des dispositifs de transmission de données à travers un canal radio (et donc susceptible d'être soumis à des trajets multiples) qui soient relativement simples techniquement à mettre en œuvre, et donc peu coûteux, et adaptés à la réception de différents types de données (par exemple données vocales et multimédia à bas ou à haut débit).
Un autre objectif de l'invention est de proposer une telle technique de transmission de données améliorant l'utilisation des ressources disponibles, et qui soit particulièrement adapté à la transmission de données à des bas ou hauts débits (par exemple de plusieurs Mbits/s).
L'invention a également pour objectif d'améliorer l'utilisation d'une bande de fréquence allouée tout en conservant une transmission de données fiable et efficace. Un objectif complémentaire de l'invention est de fournir une telle technique permettant la réception de données (notamment à haut débit), même dans des conditions de réceptions défavorables (vitesse de déplacement élevée et trajets multiples notamment). Encore un autre objectif de l'invention est de fournir une telle technique, qui permette une allocation améliorée de la ressource de transmission, entre un ou plusieurs mobiles, à un instant donné. En particulier, un objectif de l'invention est de permettre le partage de la ressource de transmission à haut débit.
En outre, l'invention a pour objectif une amélioration de la robustesse vis- à- vis des conditions de propagation radio-mobile et notamment une amélioration des performances de transmission de données et/ou de la mobilité des terminaux de communication.
Dans ce but, l'invention propose un procédé de transmission de données radio entre un émetteur et un récepteur, mettant en oeuvre au moins un signal pilote à simple porteuse et au moins un premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, remarquable en ce qu'il comprend une étape d'estimation de la réponse du canal de transmission du premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, l'estimation tenant compte du signal pilote à simple porteuse, une partie au moins du signal pilote coïncidant temporellement avec au moins une partie du premier signal.
Un signal pilote est notamment un signal prédéterminé dont des caractéristiques temporelles, fréquentielles et/ou d'amplitudes lors de l'émission sont connues du récepteur ce qui permet d'estimer un canal de transmission. Une partie au moins dudit signal pilote coïncidant temporellement avec au moins une partie du premier signal signifie, ici, que l'intégralité ou une partie du signal pilote coïncide temporellement avec l'intégralité ou une partie du premier signal Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce que la partie du signal pilote, prise en compte par la estimation coïncide intégralement avec au moins une partie du premier signal.
Ainsi, on obtient une meilleure estimation de la réponse du canal de transmission du premier signal
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce que le signal pilote et le premier signal sont asynchrones.
De cette façon, la mise en œuvre du procédé est simple, ses contraintes étant moins fortes. Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce que le signal pilote et le premier signal sont synchrones.
Ainsi, l'estimation de la réponse du canal du premier signal est directe et on n'a pas besoin d'extrapolation du rythme du premier signal et du signal pilote.
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce que la bande de fréquence utilisée pour le signal pilote sur un canal de transmission englobe la bande de fréquence utilisée pour le premier signal de transmission.
Ainsi, toute la bande de fréquence utilisée pour le premier signal de transmission basé sur une modulation à porteuses multiples, permettant, notamment, d'obtenir une estimation fine du canal sur la totalité de la bande, est prise en compte pour l'égalisation. En effet, si la bande de fréquence utilisée pour ledit signal pilote sur un canal de transmission n'englobe pas complètement la bande de fréquence utilisée pour le premier signal de transmission, une extrapolation est nécessaire pour obtenir des informations sur la totalité de la bande correspondant au premier signal de transmission à porteuses multiples, cette extrapolation donnant des résultats moins fiables qu'une estimation sur la totalité de la bande.
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce qu'il comprend une égalisation des données émises selon une modulation à porteuses multiples, l'égalisation tenant compte de l'estimation de la réponse du canal de transmission du premier signal de transmission. Ainsi, la mise en œuvre de l'égalisation du premier signal ne nécessite pas l'utilisation de pilotes insérés dans le signal à porteuses multiples ce qui permet d'économiser de la bande passante.
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce que l'estimation prend en compte au moins une autocorrélation effectuée sur le signal pilote.
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce que chacune des autocorrélations est associée à un retard correspondant à un trajet sur le canal de transmission. Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce que les autocorrélations sont effectuées pour chacun des trajets entre l'émetteur et le récepteur sur le canal de transmission et correspondant à des retards inférieurs à une borne maximale déterminée.
Ainsi, la totalité du canal de transmission peut être estimée finement et une détermination des échos n'est pas nécessaire.
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce qu'il comprend une étape de sélection de trajets entre l'émetteur et le récepteur sur le canal de transmission et en ce que les autocorrélations sont effectuées pour chacun des trajets sélectionnés lors de l'étape de sélection. Ainsi, la mise en œuvre du procédé est simplifiée, ce qui permet notamment d'économiser des ressources matérielles (composants électroniques, surface de silicium ou temps CPU) et/ou de l'énergie (notamment fournie par batterie à autonomie limitée dans le cas de terminaux mobiles).
Une sélection de trajets basée sur la détermination d'échos est d'ailleurs généralement mise en œuvre dans un système mobile à simple porteuse. Ainsi, cette étape ne consomme pas de ressource supplémentaire.
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce qu'il comprend une étape de détermination d'une réponse fréquentielle tenant compte des autocorrélations. Ainsi, une estimation de canal à la fois temporelle et fréquentielle peut être fournie, ce qui est particulier bien adaptée à une égalisation de données transmises sur un signal à porteuses multiples.
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en qu'il comprend une étape de transformée de Fourrier fournissant au moins un coefficient associé à chaque sous-porteuse d'un symbole du premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples.
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en que le signal pilote est du type à étalement de spectre. Ainsi, l'invention permet une compatibilité avec des systèmes à étalement de spectre (notamment de type UMTS), des éléments dédiés au traitement de signaux à étalement de spectre pouvant avantageusement être utilisés pour l'égalisation de données transmis sur un canal à porteuses multiples.
En outre, la mise en œuvre du procédé de transmission de données est simplifiée puisqu'il n'est pas nécessaire de gérer (insertion de pilotes, estimation de canal, ... ) deux canaux de transmission indépendants : seul le canal à simple porteuse comprend des pilotes.
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce que le premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples ne comprend pas de symbole pilote.
Ainsi, le procédé permet une économie de bande passante et, en particulier, une amélioration du taux de transmission (ou débit de données utiles) global.
Il permet également une amélioration de l'énergie allouée aux symboles d'information pour une puissance d'émission maximale donnée. En outre, la fluctuation d'enveloppe du signal à porteuses multiples est diminuée.
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce que le premier signal de transmission est du type OFDM.
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce que le premier signal de transmission est du type IOTA. L'utilisation du procédé lorsque le signal à porteuses multiples est de type IOTA est particulièrement avantageuse puisque dans ce cas, un traitement dit de la première couronne visant à éliminer les interférences de pilotes dans le signal multi-porteuse IOTA n'est pas mis en œuvre ici. Ainsi, l'invention permet de tirer partie des avantages de la modulation IOTA (notamment absence d'intervalle de garde permettant ainsi d'augmenter le débit de transmission de données) tout en ayant une mise en œuvre simple.
On rappelle que la modulation de type IOTA (de l'anglais « Isotropic Orthogonal Transform Algorithm ») est définie dans le brevet FR-95 05455 déposé le 2 mai 1995. La modulation IOTA est notamment basée sur un signal multiporteuse destiné à être transmis vers un récepteur numérique, correspondant au multiplexage en fréquence de plusieurs sous-porteuses élémentaires correspondant chacune à une série de symboles, deux symboles consécutifs étant séparés d'un temps symbole τ0, l'espacement v0 entre deux sous-porteuses voisines étant égal à la moitié de l'inverse du temps symbole τ0, et chaque sous- porteuse subissant un filtrage de mise en forme de son spectre présentant une largeur de bande strictement supérieure à deux fois l'espacement entre sous- porteuses v0, le filtrage étant choisi de façon que chaque symbole soit fortement concentré dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel. Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce que, en outre, l'émetteur transmet un second signal de transmission de données sur un canal à simple porteuse à destination du récepteur, le signal étant égalisé à partir d'une estimation de canal déterminée en fonction du signal pilote.
Ainsi, un canal à simple porteuse peut être utilisé pour la transmission de données d'information et/ou de signalisation, l'estimation de canal à partir du signal pilote à simple porteuse permettant à la fois d'égaliser les données transmises sur un signal à simple porteuse et les données transmises sur un signal à porteuses multiples. L'invention permet donc une grande variété d'applications, notamment transmission de données, par exemple, à petit débit sur un canal à simple porteuse et à haut débit sur un canal à porteuses multiples, ainsi qu'une compatibilité avec les normes existantes de communication radio (notamment la norme UMTS et plus généralement les normes de réseaux mobiles basées sur l'utilisation de canaux à simple porteuse).
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce que l'émetteur et le récepteur appartiennent à un réseau de communication mobile.
Ainsi, le procédé est particulièrement bien adapté aux conditions de transmission vers des terminaux mobiles et/ou dans un environnement mobile. Il permet notamment de prendre en compte un canal instable avec des échos multiples. II est aussi particulièrement adapté à l'utilisation d'une communication entre une station de base et un terminal. En particulier, une mise en œuvre avantageuse comprend deux canaux descendants entre une station de base et un terminal, l'un des canaux étant de type à simple porteuse avec pilote et l'autre à porteuse multiple sans pilote. Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce que l'émetteur appartient à une station de base du réseau de communication mobile et le récepteur appartient à un terminal, la station de base émettant le signal pilote et le premier signal de transmission de données selon une modulation à porteuses multiples et à haut débit lorsque cela est nécessaire. Ainsi, le procédé est particulièrement bien adapté à une transmission entre une station de base et un terminal de réseau mobile et plus précisément, mais non exclusivement, à une transmission à haut débit (notamment pour des transmissions de données à un débit supérieur à 1 Mbit/s) sur un canal descendant entre la station de base et le terminal en utilisant une modulation à porteuses multiples. Dans ce cadre, on peut prévoir une liaison bidirectionnelle entre la station de base et le terminal : la station de base émettant des données sur un canal à porteuses multiples et un signal pilote et éventuellement des données de signalisation et/ou d'information à faible débit sur un canal à simple porteuse, - le terminal transmettant des données de signalisation et/ou d'informations vers la station de base sur un canal à simple porteuse.
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce qu'il comprend une étape de génération d'une horloge de référence associée au premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, la génération d'une horloge de référence tenant compte du signal pilote à simple porteuse, et l'horloge de référence alimentant l'estimation de la réponse du canal de transmission du premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples.
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce qu'il comprend une égalisation des données émises selon une modulation à porteuses multiples, le premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples comprenant des symboles pilotes et l'horloge de référence alimentant l'égalisation.
Ainsi, lorsque, notamment, le canal de transmission est très bruité et/ou perturbé, il est inutile de réserver des symboles OFDM ne contenant que des pilotes. La bande passante utile correspondant à la modulation à porteuses multiples est donc optimisée, la détermination d'une horloge de référence et/ou l'asservissement en fréquence du récepteur sur l'émetteur étant effectués en tenant compte du signal pilote à simple porteuse.
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce qu'il met en œuvre au moins deux modes de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, le premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples comprenant des symboles pilotes selon un premier mode et ne comprenant pas de symbole pilote selon un second mode.
Selon une caractéristique particulière, le procédé est remarquable en ce qu'il comprend une étape de basculement du premier mode au second mode et vice-versa en fonction de la qualité de réception du premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples.
Ainsi, l'utilisation de la bande passante et le débit utile associé à la communication sont optimisés tout en permettant une bonne qualité de transmission : un mode de communication sans pilote sur le signal à porteuses multiples est privilégié lorsque la qualité de réception est suffisante ; en revanche, un mode de communication avec pilote sur le signal à simple porteuse et sur le signal à porteuses multiples est mise en œuvre si la qualité de réception sans pilote sur le signal à porteuses multiples est insuffisante et le nombre de pilote est augmenté ou réduit en fonction de la qualité de réception.
L'invention concerne également un dispositif de réception de données radio mettant en oeuvre au moins un signal pilote à simple porteuse et au moins un signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, remarquable en ce que le dispositif comprend des moyens d'estimation de la réponse du canal de transmission du signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, l'estimation tenant compte du signal pilote à simple porteuse, une partie au moins du signal pilote coïncidant temporellement avec au moins une partie du premier signal..
L'invention concerne en outre un dispositif d'émission de données radio mettant en oeuvre au moins un signal pilote à simple porteuse et au moins un signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, remarquable en ce que le dispositif comprend des moyens de modulation du signal de transmission sans pilote, le signal pilote étant destiné à permettre une estimation de la réponse du canal de transmission du signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, l'estimation tenant compte du signal pilote à simple porteuse, une partie au moins du signal pilote coïncidant temporellement avec au moins une partie du premier signal.
De plus, l'invention concerne un signal de transmission de données radio comprenant au moins un canal pilote à simple porteuse et un canal de transmission de données à porteuses multiples, remarquable en ce que le canal de transmission à porteuses multiples est sans pilote, le canal pilote à simple porteuse étant destiné à permettre une estimation de la réponse du canal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, l'estimation tenant compte du signal pilote à simple porteuse, une partie au moins du signal pilote coïncidant temporellement avec au moins une partie du premier signal..
L'invention concerne aussi un système de télécommunication cellulaire du type mettant en œuvre au moins un canal pilote à simple porteuse et un canal de transmission de données à porteuses multiples remarquable en ce que le canal de transmission à porteuses multiples est sans pilote, le canal pilote à simple porteuse étant destiné à permettre une estimation de la réponse du canal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, l'estimation tenant compte du signal pilote à simple porteuse, une partie au moins du signal pilote coïncidant temporellement avec au moins une partie du premier signal. Les avantages des dispositifs, du signal de transmission de données et du système sont les mêmes que ceux du procédé de transmission de données, ils ne sont pas détaillés plus amplement.
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 présente un exemple de signal OFDM connu en soi ; la figure 2 présente un synoptique d'égalisation du signal OFDM selon la figure 1 ; - la figure 3 illustre un réseau de communication mobile conforme à l'invention selon un mode particulier de réalisation ; la figure 4 décrit un module d'émission-réception associé à une station fixe mis en œuvre dans le réseau de la figure 3 ; la figure 5 décrit un module d'émission-réception associé à un terminal mis en œuvre dans le réseau de la figure 3 ;
- la figure 6 illustre des moyens d'égalisation mis en œuvre dans l' émetteur/récepteur de la figure 5 ; - la figure 7 illustre des moyens d'égalisation selon une variante de l'invention ;
- la figure 8 présente un protocole de communication dans le réseau de communication mobile de la figure 3 ; et
- la figure 9 illustre des moyens d'égalisation mis en œuvre dans l' émetteur/récepteur de la figure 5 selon une variante de réalisation de l'invention. La technique connue en soi et illustrée en regard de la figure 1 consistant à démodulés et égaliser séparément un canal à simple porteuse et un canal multi- porteuse présente plusieurs inconvénients. En particulier, le taux de transmission (ou débit de données utiles) global n'est pas optimisé.
Cette technique entraîne également une réduction de l'énergie allouée aux symboles d'information pour une puissance d'émission maximale donnée.
En outre, elle est relativement complexe à mettre en œuvre aussi bien en émission qu'en réception puisqu'il est nécessaire de gérer notamment deux canaux indépendants.
De plus, dans le cadre d'une modulation OFDM, une fluctuation supplémentaire d'enveloppe est générée due notamment au fait que l'énergie des symboles pilotes est plus élevée que celle des autres symboles OFDM et que les symboles pilotes sont répartis d'une manière discontinue dans le plan temps/fréquence, ce qui engendre une augmentation d'énergie des symboles OFDM contenant des symboles pilotes.
Un autre inconvénient de l'art antérieur est que, dans le cas d'une utilisation de certains autres types de modulation (notamment OFDM/OQAM), un traitement supplémentaire est demandé. En effet, dans ce cas, le canal introduit des interférences entre les sous-porteuses et une estimation du canal ne peut être obtenue directement.
En revanche, le principe général de l'invention repose sur la transmission d'un signal pilote à simple porteuse (par exemple de type CPICH tel qu'utilisé dans le cadre de l'UMTS) associé à la transmission de données sur un canal à porteuses multiples (par exemple de type OFDM). Afin d'égaliser le canal à porteuses multiples, on utilise l'estimation du canal fournie par le signal pilote. Préférentiellement, le signal pilote subit une auto-corrélation sur une longueur correspondant à celle d'un symbole OFDM puis on transpose cette estimation dans le domaine frequentiel en lui appliquant, par exemple, une transformée de Fourrier (discrète ou rapide) afin d'alimenter une égalisation du signal OFDM démodulé.
Selon une variante de l'invention, on traite le signal pilote de manière simplifiée en ne considérant que les retards les plus pertinents. On présente, en relation avec la figure 3, un synoptique de réseau de radiotéléphonie mobile mettant en œuvre l'invention.
Le réseau est par exemple un réseau en partie compatible avec la norme UMTS(« Universal Mobile Télécommunication System ») définie par le comité 3GPP. Le réseau comprend une cellule 30 qui est gérée par une station de base 31
(BS).
La cellule 30 comprend elle-même la station de base 31 et des terminaux (UE) 32, 33 et 34.
Les terminaux 32, 33 et 34 peuvent échanger des données (pour une couche de type application) et/ou de signalisation avec la station de base 31 via des canaux montants et descendants. Ainsi, le terminal 32 et la station de base 31 sont reliés en communication par :
- un canal descendant 310 à simple porteuse permettant le transport de données de signalisation et/ou de contrôle de la communication avec le terminal 32 ainsi que la transmission d'un signal pilote ;
- un canal montant 311 à simple porteuse permettant également le transport de données de signalisation et/ou de contrôle de la communication ; et
- un canal descendant 312 à porteuses multiples sans pilote, par exemple de type OFDM, permettant le transfert de données à haut débit de la station de base 31 vers le terminal 32.
Par défaut, les terminaux sont en mode veille, c'est-à-dire dans un mode où ils ne sont pas en mode communication mais présents et disponibles pour une communication. Dans un premier mode de communication, ces terminaux sont notamment à l'écoute de signaux émis par la station de base 31 sur un canal descendant utilisant une modulation simple porteuse. Ces signaux sont émis sur : des canaux de transport communs correspondant aux services offerts vers les couches hautes du protocole de communication, notamment sur des canaux BCH ( ou « canal de diffusion » de l'anglais « Broadcast CHannel ») et PCH (ou « canal de recherche de mobile » de l'anglais « Paging CHannel ») ; et des canaux de transport communs correspondants à la couche physique du protocole de communication, notamment sur des canaux CPICH (ou « canal commun pilote » de l'anglais
« Common Pilot CHannel »).
Les canaux à simple porteuse utilisés par les réseaux mobiles de troisième génération (ou 3G) sont bien connus de l'homme du métier des réseaux mobiles et sont notamment spécifiés dans la norme « 3rd Génération Partnership Project ;
Technical Spécification Group Radio Access Network ; Physical Channels and mapping of transport channels onto physical channels (FDD) release 1999 » de référence 3GPP TS25.211 et diffusée par le bureau des publications de 3GPP. Ces canaux ne seront donc pas décrits plus amplement. La figure 4 illustre un module d'émission-réception 40 appartenant à la station de base 31 mise en œuvre dans le réseau 30. Le module 40 comprend notamment :
- une antenne 43 simple ou multiple ; - un duplexeur 47 ; une chaîne de réception 41 ; et une chaîne d'émission 42. L'antenne 43 est connectée à chacune des chaînes de réception 41 et d'émission 42 via le duplexeur 47. La chaîne de réception 41 est adaptée à traiter le canal montant 311 à simple porteuse et fournit sur une sortie 44 des données décodées reçues par l'antenne 43. Cette chaîne 41 dont la mise en œuvre est bien connue de l'homme du métier ne sera pas décrite plus avant.
La chaîne d'émission 42 est adaptée à transmettre : - un signal pilote 4211 ainsi que des données de signalisation et/ou de contrôle d'une communication sur le canal descendant 310 à simple porteuse ; et des données 46 à bas ou à haut débit sur le canal descendant à porteuses multiples 312. La chaîne d'émission 42 comprend :
- un modulateur 429 adapté à générer un signal pilote CPICH 4211 à partir d'un code de référence 45 ;
- un modulateur 4210 adapté à moduler des données 46 selon une modulation à porteuses multiples OFDM; - un processeur de traitement du signal (ou DSP de l'anglais
« Digital Signal Processor ») 428 ;
- un convertisseur numérique analogique 426, 427 sur chacune des voies I (voie en phase) et Q (voie en quadrature de phase) ;
- un modulateur 424 en fréquence intermédiaire contrôlé par un synthétiseur 427 ; - un filtre passe bande 423 ;
- un mélangeur 421 et un synthétiseur agile 422 permettant de transposer les signaux en fréquence intermédiaire dans la bande d'émission ; et - un amplificateur de puissance 420.
Le DSP 428 est associé à un accélérateur « hardware » (matériel) pour la combinaison :
- des signaux à simple porteuse à émettre (dont le canal pilote CPICH 4211 et éventuellement des signaux transportant des données de contrôle, de signalisation et/ou des informations utiles à transmettre sur un canal à simple porteuse) ; et
- des signaux à porteuses multiples 4212 de type OFDM représentatifs des infoπnations utiles 46 à transmettre.
Contrairement à la trame illustrée en regard de la figure 1, le canal OFDM transporte ici que des données d'informations utiles et ne comprend pas de sous- porteuses associées à des pilotes.
Par ailleurs, préférentiellement, le canal pilote 4211 et les signaux à porteuses multiples 4212 sont combinés de manière synchrone (les symboles
OFDM coïncidant avec les symboles de code CPICH). Selon une variante, le canal pilote 4211 et les signaux à porteuses multiples 4212 sont combinés de manière asynchrone.
La figure 5 illustre un module d'émission-réception 50 appartenant à l'un des terminaux 32 à 34 mis en œuvre dans le réseau 30. Le module 50 est adapté à communiquer avec le module 40 illustré en regard de la figure 4. Le module 50 comprend notamment :
- une antenne 53 simple ou multiple ;
- un duplexeur 57 ;
- une chaîne de réception 51 ; et
- une chaîne d'émission 52. L'antenne 53 est connectée à chacune des chaînes de réception 51 et d'émission 52 via le duplexeur 57.
La chaîne d'émission 52 est adaptée à traiter le canal montant 311 à simple porteuse. Elle fournit un signal modulé en simple porteuse à l'antenne 53 pour une transmission sur le canal montant 311 à partir des données présentées sur une entrée 54. Cette chaîne 52 dont la mise en œuvre est bien connue de l'homme du métier ne sera pas décrite plus avant.
La chaîne de réception 51 est adaptée à recevoir :
- un signal pilote ainsi que des données de signalisation et/ou de contrôle d'une communication sur le canal descendant 310 à simple porteuse ; et des données à haut débit sur le canal descendant à porteuses multiples 312. La chaîne de réception 51 comprend : - un amplificateur à faible bruit 510
- un mélangeur 511 et un synthétiseur agile 512 permettant de transposer le signal reçu dans la bande d'émission en un signal en fréquence intermédiaire ;
- un filtre passe bande 423 centrée autour de la fréquence intermédiaire et d'une largeur de bande correspondant à largeur utilisée pour la transmission du signal ; un convertisseur I/Q 514 en bande de base contrôlé par un synthétiseur 515 ; un convertisseur numérique analogique 516, 517 sur chacune des voies I (voie en phase) et Q (voie en quadrature de phase) ;
- un processeur de traitement du signal (ou DSP) 518 permettant de séparer des signaux à simple porteuse et des signaux à porteuses multiples ; et - des moyens d'égalisation 519 adaptés à démoduler et à égaliser les signaux à simple porteuse et à porteuses multiples fournis par le DSP 518.
La figure 6 illustre les moyens d'égalisation 519 qui comprennent : - une entrée CPICH acceptant des signaux en bande de base modulés en simple porteuse et fournis par le DSP 518 ; une entrée OFDM acceptant des signaux en bande de base modulés en porteuses multiples (de type OFDM) et fournis par le DSP 518. L'entrée CPICH comprend notamment un signal de type CPICH permettant d'estimer le canal de transmission.
Les moyens d'égalisation 519 comprennent, en outre : des moyens d'estimations 60 adaptés à estimer un canal à partir d'un signal pilote à porteuse simple ; - des moyens 64 de démodulation OFDM ; et
- une unité 66 d'égalisation OFDM.
Les moyens 60 acceptent en entrée un signal de type CPICH en simple porteuse et comprend notamment : des moyens d'auto-corrélation 600 ; et - des moyens de transformée de Fourrier 602.
Les moyens d'auto-corrélation 600 effectuent une estimation du canal en fonction du signal CPICH et plus précisément une autocorrélation du signal CPICH pour chacun des retards τl a τn, τl correspondant au trajet direct, τ2 a un second trajet et τn au trajet le plus long (chacun des trajets retenus correspondant à un trajet direct ou à un écho pertinent), n autocorrélations sont ainsi calculées. D'une manière générale, τk est égal au produit d'un facteur k par la période chip Te du code CPICH (égale à 1/3840000 s soit environ 0,26 μs dans le cadre de la norme UMTS), k étant préférentiellement un entier ou un multiple de 0,5.
Le coefficient du canal correspondant à un retard τk est obtenu selon l'équation d'autocorrélation suivante : h(τk) = h(kTc) = f cPICH(r).CPICH(t- kTc)dt
Si on considère une longueur de code CDMA égale à 256, le signal étant préférentiellement traité numériquement, la version échantillonnée de l'équation d'autocorrélation précédente s'écrit :
1 ' 5 h(k) = jCPICH(ï).CPICH(n -i)
256 „0
Selon un mode préféré de l'invention, les symboles OFDM sont transmis de manière synchrone avec les symboles CPICH. Dans ce cas, la fonction d'autocorrélation est mise en œuvre sur une fenêtre correspondant à un symbole de code CPICH (ou de manière équivalente dans le cas d'une synchronisation entre les différents signaux, à un symbole OFDM).
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les symboles OFDM et les symboles de code CPICH sont transmis de manière asynchrone. Dans ce cas, plusieurs variantes peuvent être mises en œuvre : selon une première variante, on calcule des autocorrélations du symbole CPICH le plus proche temporellement du symbole
OFDM considéré (ce qui permet une grande simplicité de mise en œuvre, cette autocorrélation étant généralement nécessaire pour d'autres utilisation dans le cadre d'un réseau en partie CDMA) ; - selon une seconde variante, on calcule des autocorrélations sur des symboles CPICH qui recoupent au moins en partie le symbole OFDM considéré et on effectue une interpolation des autocorrélations obtenues pour alimenter une opération d'estimation fréquentielle du canal ; - selon une troisième variante (qui permet l'estimation de canal la plus fiable pour un symbole OFDM considéré), on calcule les autocorrélations sur la fin d'un premier code CPICH et le début d'un second code CPICH, les autocorrélations retenues coïncidant de manière synchrone avec le symbole OFDM considéré. Dans tous les cas, la durée des corrélations proposées est la même que celle du symbole OFDM considéré. Les moyens d'auto-corrélation 600 transmettent aux moyens 602, sur n sorties 601, les n résultats d'autocorrélations effectuées, chacun des n résultats étant associé à l'une des sorties 601.
Ensuite, les moyens 602 effectuent une transformée de Fourrier de longueur n sur l'ensemble des n résultats d'autocorrélation permettant ainsi d'obtenir la réponse fréquentielle correspondante, n est choisi pour être supérieur ou égal au nombre de sous-porteuses utilisées dans le canal OFDM. Ainsi, si chaque sous-porteuse du canal OFDM utilise une bande de 3,75 kHz, et si chaque symbole OFDM est modulé sur 1024 sous-porteuses, on obtient une bande utile de 3,84 MHz. Dans ce cas, les moyens 602 mettent en œuvre une transformée de Fourrier rapide (ou FFT de l'anglais « Fast Fourrier Transform ») de longueur 1024 qui permet d'obtenir 1024 coefficients de canal sur la bande considérée de 3,84 MHz.
En variante, si le nombre de sous-porteuses OFDM n'est pas une puissance de 2, les moyens 602 mettent en œuvre préférentiellement une transformée de Fourrier discrète (ou DFT de l'anglais « Discrète Fourrier Transform ») de longueur adaptée. Ainsi, si chaque sous-porteuse du canal OFDM a une largeur de bande égale à 3,75 kHz, et si chaque symbole OFDM est modulé sur 600 sous- porteuses, on obtient une bande utile de l'ordre de 2 MHz et les moyens 602 mettent en œuvre une DFT de longueur 600 fournissant 600 coefficients. On obtient ainsi une estimation du canal en fréquence qui peut être utilisée pour l'égalisation OFDM. Selon un mode préféré de réalisation, la corrélation du signal CPICH est faite sur la durée d'un symbole OFDM correspondant. Une nouvelle corrélation (et donc une nouvelle estimation de canal) est ainsi faite pour chaque symbole OFDM. Selon une variante, notamment lorsque le récepteur estime que le canal est suffisament stable, une seule estimation peut être considérée comme étant valable pour plusieurs symboles OFDM (ce qui permet notamment d'économiser des ressources (temps CPU, batteries, ..) du terminal récepteur).
En parallèle, les moyens 64 démodulent le signal OFDM en entrée et fournissent des symboles OFDM démodulés à l'unité 66 d'égalisation OFDM.
Recevant en parallèle l'estimation du canal et des symboles OFDM démodulés communiqués respectivement par les moyens 602 et par les moyens 64, l'unité d'égalisation égalise les symboles OFDM en fonction de l'estimation du canal et fournir en sortie les données d'information correspondant aux symboles OFDM traités. L'égalisation peut être effectuée selon différentes méthodes prenant en compte une estimation de canal. Une première méthode d'égalisation relativement simple comprend une multiplication des symboles OFDM reçus par le conjugué du canal (ce qui permet une correction de phase). Selon une autre méthode d'égalisation, les symboles OFDM sont divisés par le canal. Selon encore une autre méthode, l'égalisation des données issues des symboles OFDM est de type MMSE (de l'anglais « Minimum Mean Square Error » ou « Erreur à variance minimale »).
La figure 7 illustre des moyens d'égalisation 79 selon une variante de l'invention permettant de simplifier leur mise en oeuvre. La différence essentielle entre les moyens d'égalisation 79 et 519 (illustrés en regard de la figure 6) repose sur la détermination des trajets associées à une détermination d'autocorrélation. Les éléments communs aux moyens d'égalisation 79 et 519 portent les mêmes références et ne seront pas décrits davantage.
En effet, selon cette variante, le récepteur met en œuvre une détection d'échos et une estimation de r retards τl a τr correspondant (par exemple à partir d'un canal primaire de synchronisation (« Primary SCH » selon la norme UMTS)).
Les moyens d'égalisation 79 comprennent :
- des moyens d'estimations 70 adaptés à estimer un canal à partir d'un signal pilote à porteuse simple ; - des moyens 64 de démodulation OFDM ; et
- une unité 66 d'égalisation OFDM.
Les moyens d'estimation 70 acceptent en entrée un signal de type CPICH en simple porteuse, ainsi qu'une liste des r retards ri à τr à prendre en compte et comprend notamment :
- des moyens d'auto-corrélation 700 ; et
- des moyens de transformée de Fourrier 602.
Les moyens d'auto-corrélation 700 effectuent une estimation du canal en fonction du signal CPICH et plus précisément une autocorrélation du signal CPICH pour chacun des retards τl à τr à prendre en compte (selon un procédé ou des variantes similaires à ceux mis en œuvre dans les moyens d'auto-corrélation
600).
Les moyens d'auto-corrélation 700 transmettent aux moyens de transformée de Fourrier 602, sur n sorties 601 : les r résultats d'autocorrélations effectuées correspondant aux retards τl τr ; et
(n-r) valeurs nulles d'autocorrélations correspondant aux (n-r) retards non retenus, chacune des n valeurs transmises étant associée à l'une des sorties 601. Selon une variante, les moyens d'auto-corrélation 700 effectuent une estimation du canal en fonction du signal CPICH et plus précisément une autocorrélation du signal CPICH pour chacun des retards τl a τm égaux ou proches des retards τl à τr. Selon cette variante, un retard est proche d'un retard τi, s'il diffère d'au plus P périodes chips Te du retard xi considéré, P valant préférentiellement 2 (mais pouvant prendre d'autres valeurs, par exemple 1 ou 3). Ainsi, si le retard xi correspond à un écho identifié, une autocorrélation sera préférentiellement effectuée par les moyens 700 pour les retards τi-2Tc,τi- Tc,τi,τi+Tc etτi+2Tc. Plus la valeur de P est grande, plus fine sera l'estimation. En revanche, plus la valeur de P est petite, plus la mise en œuvre des moyens d'autocorrélation 700 est simple. Selon d'autres variantes, les retards pris en compte et obtenus, par exemple, par interpolation du signal CPICH sont des multiples non entiers du temps chip Te.
La figure 8 illustre un protocole de communication entre la station de base 31 et le terminal 32 lors d'une communication mettant en œuvre les canaux 310 à 312. Ce protocole comprend deux phases : une phase 80 d'établissement de communication comprenant essentiellement des échanges de données de signalisation et une phase 81 de communication mettant en œuvre une transmission de données à haut débit utilisant un canal OFDM et un canal CPICH pour l'estimation du canal de transmission.
Lors de la phase 80 d'établissement d'une communication, la station de base 31 émet un signal 800 sur le canal descendant SCH à destination des terminaux présents dans la cellule 30 et notamment du terminal 32. Ainsi, le terminal 32 est synchronisé sur le canal SCH de la station de base 31. On note que ce signal SCH est émis régulièrement par la station de base 31 et que dès que la synchronisation du terminal 32 se dégrade au delà d'un certain seuil prédéterminé, il se synchronise à nouveau sur la station de base 31.
La station de base 31 émet également un signal 801 sur le canal BCH. Ce signal descendant indique au terminal 32 quel canal PCH il doit écouter. Ainsi, après réception de ce signal, le terminal 32 se met en écoute du canal PCH indiqué par le signal 802.
Puis, la station de base 31 émet un signal à destination du terminal 32 sur le canal PCH indiqué par le signal 801, ce signal permettant de détecter un appel entrant. Ensuite, en supposant que le terminal 32 désire initialiser une communication, il émet un signal 803 sur le canal RACH (de l'anglais « Random Access CHannel » qui est un canal commun correspondant à un service de couche haute d'accès au canal), ce signal 803 indiquant à la station de base 31 que le terminal 32 demande l'établissement d'une communication. Puis, la station de base 31 émet un signal 804 d'allocation de canal de communication sur le canal FACH (de l'anglais « Fast Access CHannel » qui est également un canal commun correspondant à un service de couche haute) selon le premier mode de communication (à porteuse unique). Les signaux correspondant au premier mode de communication sont compatibles avec les deux premières couches (physique et liaison) définies par la norme UMTS. Selon l'invention, au niveau 3, la station de base indique où, quand et comment écouter l'OFDM.
Puis, le terminal 32 se met en écoute du canal pilote 805 CPICH qui, selon l'invention, permet notamment d'estimer le canal de transmission. Le canal pilote 805 CPICH est émis de manière continue par la station de base 31.
Ensuite, la communication s'établit entre le terminal 32 et la station de base 31.
Le mobile envoie une requête par l'intermédiaire du canal montant PRACH 806 (canal physique correspondant au canal RACH) tout en écoutant le canal FACH 804, pour avoir la réponse du réseau, comme prévu par la norme UMTS - FDD actuelle. Si le réseau décide que les informations à transmettre au mobile sont de taille importante, en particulier si le débit offert par le canal FACH ne suffit pas, la station de base 31 indique au terminal 32 par le biais du canal FACH 804 correspondant au premier mode de communication d'écouter le canal OFDM associé pour la transmission des données.
Ainsi, selon l'invention, l'utilisation d'un canal commun, dit canal OFDM, utilisant une modulation OFDM est couplée avec les canaux communs RACH/FACH (c'est-à-dire le terminal émet une requête RACH et la station de base répond avec une trame FACH qui indique au terminal 32 que la transmission de données entre la station de base 31 et le terminal 32 est effectuée selon un second mode de communication à porteuses multiples) sans changer les caractéristiques physiques de transmission du RACH (canal montant) et du FACH (canal descendant). Le canal FACH transporte les informations de signalisation permettant au mobile d'écouter correctement le canal OFDM. Le FACH indique quand (c'est-à- dire à quel instant débute et se termine le bloc destiné au terminal), où (dans la bande de fréquence, la transmission n'utilise pas nécessairement toute la bande fréquentielle disponible) et comment (format de codage, entrelacement, ...) écouter le canal OFDM pour recevoir le bloc de données concerné. Par défaut, la station de base utilise une modulation OFDM avec des caractéristiques (temps symboles, espacements entre les sous-porteuses et répartition des symboles de référence ou symboles pilotes) prédéterminées. Selon une variante, ces caractéristiques seront optimisées dynamiquement par la station de base et adaptées en fonction des caractéristiques du canal de propagation.
Ainsi, la communication entre la station de base 31 et le terminal 32 bascule dans un second mode de communication (phase 81) qui utilise une modulation à porteuses multiples sans pilote, la transmission d'un canal pilote CPICH à simple porteuse étant préférentiellement maintenue. Ainsi, la station de base 31 transmet des données sur le canal commun OFDM par l'intermédiaire des signaux successifs 810, 811 et suivants, le signal pilote CPICH à simple porteuse étant transmis par la station de base 31 de façon continue permettant au terminal 32 d'estimer correctement le canal de transmission. Des acquittements de niveau 2 peuvent alors être envoyés par le terminal
32 sur le canal RACH.
En fin de communication, le terminal 32 et/ou la station de base 31 indiquent par l' intermédiaire du canal FACH que la communication se termine.
La figure 9 illustre des moyens d'égalisation 90 mis en œuvre dans le terminal 32 selon une variante de réalisation de l'invention particulièrement bien adaptée lorsque le canal de transmission est très bruité et/ou perturbé (par exemple par un fort effet de type Doppler ou un environnement à nombreux échos qui entraînent des évanouissements du signal, difficiles à traiter lorsque le signal OFDM ne possède pas de symbole pilote selon certains modes de réalisation de l'invention). Pour un tel canal, selon l'état de l'art, l'homme du métier insère dans le signal OFDM non seulement des symboles comprenant par exemple 10% de sous- porteuses associées à des pilotes (tel que représenté en figure 1) mais également une séquence d'apprentissage qui ne comprend que des sous-porteuses de type pilote. Ces derniers symboles ne contenant pas de données représentent plusieurs pour cents (par exemple 10%) des symboles OFDM et diminuent corollairement la bande passante utilisable pour les données.
Selon la variante de l'invention illustrée en regard de la figure 9, un émetteur transmet un signal CPICH de manière continue et des données selon une modulation OFDM vers un récepteur mettant en œuvre les moyens d'égalisation 90. Selon cette variante, certains symboles OFDM comprennent des pilotes permettant d'effectuer une estimation de fréquence. Les moyens d'égalisation 90 effectuent d'une part une estimation de fréquence à partir du canal CPICH permettant de caler la fréquence de l'horloge de référence (horloge à 13 MHz aussi appelée VTCXO et conforme notamment aux normes GSM et UMTS (en particulier la norme référencée TS 25.101) définies par le comité de normalisation 3GPP (ou « 3rd Génération Project Partnership ») du récepteur sur l'émetteur. En effet, l'horloge de référence du récepteur est différente de celle de l'émetteur. En outre, il y a des dérives dans la fréquence de cette horloge, dues généralement à un effet Doppler ou à une dérive des horloges de référence (en général celles des terminaux mobiles). D'autre part, les moyens d'égalisation 90 démodulent le signal OFDM et l'égalisent en tenant compte de l'estimation de fréquence effectuée à partir du canal CPICH.
Les moyens d'égalisation 90 comprennent : - une entrée CPICH acceptant des signaux en bande de base modulés en simple porteuse et fournis par le DSP 518 ; - une entrée OFDM acceptant des signaux en bande de base modulés en porteuses multiples (de type OFDM) et fournis par le DSP 518. L'entrée CPICH comprend notamment un signal de type CPICH permettant d'estimer la fréquence de référence.
Les moyens d'égalisation 90 comprennent, en outre : des moyens d'estimation de fréquence 91 adaptés à estimer la fréquence des correspondant aux signaux reçus à partir d'un signal pilote à porteuse simple ; un oscillateur 97 ; un synthétiseur de fréquence 98 ;
- des moyens d'estimation de canal 96 ; - des moyens 93 de démodulation OFDM ; et
- une unité 95 d'égalisation OFDM.
Les moyens 91 acceptent en entrée un signal de type CPICH en simple porteuse. Ils effectuent une démodulation non cohérente du signal CPICH comprenant notamment une autocorrélation du signal CPICH (« descrambling » en anglais) fournissant une estimation temporelle des symboles du CPICH à partir desquelles est calculée la phase entre deux symboles successifs du signal CPICH (mettant en œuvre notamment un récepteur rake, une somme pondérée et une intégration avec un filtre du premier ordre pour corriger les fluctuations trop fortes). Les moyens 91 permettent ainsi de fournir un signal permettant de piloter l'asservissement de l'oscillateur 97 qui génère une horloge de référence à 13 MHz associée aux signaux reçus dans tout le récepteur.
Le synthétiseur 98 de fréquence génère une horloge numérique 92 CLK dérivée de l'horloge de référence et transmet cette horloge 92 aux différentes parties des moyens d'égalisation 90. Selon la variante illustrée en figure 9, il n'est pas nécessaire que les symboles OFDM soient transmis de manière synchrone avec les symboles CPICH. Seules les fréquences de transmission des signaux OFDM et CPICH dérivent de la même horloge de référence (les porteuses RF n'étant pas nécessairement les mêmes). On obtient ainsi une fréquence ou horloge de référence CLK 92 qui est utilisée pour l'égalisation OFDM et est fournie par les moyens 90 aux autres parties de Y émetteur/récepteur, notamment les moyens d'estimation de fréquence 91, les moyens 96 d'estimation de canal, les moyens 93 de démodulation OFDM et l'unité 95 d'égalisation OFDM. On obtient ainsi un asservissement en boucle fermée.
Les moyens 93 démodulent le signal OFDM en entrée en utilisant l'horloge de référence 92 et fournissent des symboles OFDM démodulés à l'unité 95 d'égalisation OFDM. Les moyens 96 d'estimation de canal prennent en compte des symboles démodulés par les moyens 93 et l'horloge de référence 92 pour fournir des corrections en amplitude et en phase pour les moyens d'égalisation 95, déterminées à partir du signal OFDM.
L'unité d'égalisation 95 reçoit en parallèle l'horloge 92, une estimation de canal et des symboles OFDM 94 démodulés, communiqués respectivement par les moyens 91, 96 et 93. L'unité 95 égalise les symboles OFDM à partir de l'horloge de référence 92 et en fonction d'une estimation temporelle du canal associée aux symboles OFDM puis fournit les données d'information correspondant aux symboles OFDM traités sur la sortie 55. Dans le récepteur, les moyens d'égalisation 90 sont mis en œuvre dans le module d'émission-réception 50 : soit à la place des moyens d'égalisation 519 illustrés précédemment pour cette mise en œuvre relativement simple particulièrement bien adaptée à tout type de canal (fortement ou peu bruité) ; ou soit combinés avec les moyens 519.
Un récepteur combinant les moyens 90 et les moyens 519 est particulièrement bien adapté à une optimisation de la bande passante utile quelles que soient les perturbations du canal. Un tel récepteur et l'émetteur correspondant mettent en œuvre préférentiellement une gestion dynamique de basculement de traitement du signal OFDM avec ou sans pilotes : lorsque le canal est fortement bruité, le signal OFDM comprend des pilotes et le récepteur utilise le canal CPICH pour une estimation de la fréquence de référence et le canal OFDM pour une estimation temporelle du canal avec mise en œuvre de moyens similaires aux moyens 90 ; en revanche, lorsque le canal est peu bruité, l'émetteur émet un signal OFDM sans pilote et le récepteur mettant en œuvre des moyens similaires aux moyens 519 estime le canal à partir du signal CPICH pour égaliser le signal OFDM. L'émetteur et/ou le récepteur comprennent alors des moyens pour identifier une bonne ou une mauvaise réception lorsque le signal OFDM ne possède pas de pilote ou plus généralement des moyens pour identifier le mode de transmission le mieux adapté au canal en prenant éventuellement en compte une qualité de service requise (par exemple besoins en bande passante : la meilleure bande passante étant offerte lorsqu'il n'y a pas de pilote, le mode sans pilote sera favorisé lorsque le besoin en bande passante sera élevé). L'émetteur et le récepteur s'accordent sur le mode de transmission via, par exemple, les canaux RACH et FACH d'une manière similaire à celle décrite précédemment en regard de la figure 8 et l'émetteur et le récepteur mettent en œuvre des moyens permettant de traiter différents modes de communication (sans pilote OFDM ou avec plus ou moins de pilotes OFDM). Par défaut, la station de base utilise préférentiellement une modulation
OFDM sans pilote selon un premier mode de communication. Si la qualité de réception est insuffisante pour permettre au terminal 32 de démoduler et d'égaliser le signal OFDM avec une estimation de canal basée sur le canal CPICH, la station de base bascule dans un second mode de communication. Dans le second mode de communication, certains symboles OFDM comprennent des pilotes permettant d'effectuer une estimation de fréquence et les moyens d'égalisation 90 effectuent d'une part une estimation de fréquence à partir du canal CPICH permettant de caler la fréquence de l'horloge de référence comme indiqué précédemment en regard de la figure 9. Bien entendu, si la qualité de réception s'améliore (grâce notamment à une diminution du bruit ou une augmentation de la puissance du signal reçu permettant de réduire le rapport signal à bruit), la station de base bascule dans le premier mode de communication afin d'optimiser le débit utile.
Dans un réseau où une station de base (émetteur) communique avec plusieurs terminaux (récepteurs), deux cas peuvent être envisagés : - selon un premier cas, les communications sont multiplexées temporellement (par exemple selon un protocole TDMA de l'anglais
« Time Division Multiple Access ») ; à un instant donné, un seul lien radio est actif et les données sont transmises selon une modulation
OFDM dans le premier ou le second mode en fonction du récepteur correspondant ; selon un second cas, les communications sont multiplexées fréquentiellement (par exemple selon un protocole FDM A de l'anglais
« Frequency Division Multiple Access ») et, éventuellement, temporellement ; plusieurs liens radio peuvent alors être actifs simultanément ; à un instant donné, les pilotes OFDM utilisant toute la bande de fréquence allouée selon le second mode, toutes les communications OFDM utilisent le même mode avec (second mode) ou sans pilote (premier mode); pour chaque intervalle de temps alloué à un ou plusieurs récepteurs, la station de base détermine le mode de communication le plus approprié selon un critère quelconque (par exemple, la qualité de réception d'au moins n terminaux est insuffisante pour leur permettre de démoduler et d'égaliser le signal
OFDM reçu avec une estimation de canal basée sur le canal CPICH; n est un paramètre de seuil, et vaut, par exemple, un ou toute autre valeur prédéterminée ou mise à jour dynamiquement (en fonction du nombre de terminaux notamment)).
Par ailleurs, le réseau selon l'invention qui, en particulier, met en œuvre le premier et le second modes (ou l'un des deux) est adapté à cohabiter avec un réseau qui ne met pas en œuvre un canal de type CPICH et notamment avec une station de base adaptée à communiquer dans un troisième mode où les symboles OFDM contiennent plus de pilotes (par exemple, selon le troisième mode de communication, on met en œuvre une modulation connue de l'état de l'art où 90% des symboles OFDM comprennent 10% de sous-porteuses associées à des pilotes et, en outre, une séquence d'apprentissage ne comprenant des sous-porteuses de type pilote).
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation mentionnés ci-dessus.
En particulier, l'homme du métier pourra apporter toute variante dans la définition des modulations à simple porteuse ou à porteuses multiples utilisées. La modulation à simple porteuse pourra notamment être de type à modulation de phase (par exemple de type PSK (ou « Phase Shift Keying »), GMSK (ou « Gaussian Minimum Shift Keying »)) ou d'amplitude (notamment de type FSK (ou Frequency Shift Keying), QAM (ou « Quadrature Amplitude Modulation »)) De même, l'homme du métier pourra apporter toute variante dans type de modulation à porteuses multiples utilisée. Ainsi, la modulation pourra être par exemple de type OFDM telle que décrite notamment dans le brevet FR-98 04883 déposé le 10 avril 1998 par la société Wavecom ou une modulation de type IOTA définie dans le brevet FR-95 05455 déposé le 2 mai 1995 et inclus ici par référence. L'invention ne se limite pas aux réseaux UMTS ou 3G, mais s'étend aux communications entre un émetteur fixe ou mobile et récepteur fixe ou mobile, (correspondant par exemple à deux terminaux, à une station d'infrastructure de réseau et un terminal ou encore à deux stations d'infrastructure de réseaux) notamment lorsqu'une haute efficacité spectrale et/ou une économie de bande passante sont souhaitées. Ainsi, les supports possibles de l'invention sont, par exemple, des systèmes de radiodiffusion numérique terrestre qu'il s'agisse d'image, de sons et/ou de données ou des systèmes de communication numérique vers- des mobiles à haut débit (dans des réseaux mobiles, des réseaux locaux radio ou pour des transmissions vers ou en provenance de satellites) ou encore pour des transmissions sous-marines utilisant un canal de transmission acoustique. Les applications de l'invention sont variées et permettent notamment des services à haut débit de type internet (dans le cas de l'application de l'invention à
UMTS, le débit faible du canal RACH, quoique beaucoup plus fort qu'en GSM couplé au débit très élevé du canal OFDM, correspond bien aux besoins de tels services).
Outre l'estimation du canal, l'invention permet une utilisation du canal à simple porteuse pour réaliser des traitements propres au canal OFDM, notamment : une synchronisation initiale et le suivi de la synchronisation en temps ou en fréquence, la mesure de la qualité du canal et de l'adaptation de la modulation, ...

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de transmission de données radio entre un émetteur (40, 31) et un récepteur (50, 32, 34, 33), mettant en oeuvre au moins un signal pilote à simple porteuse (805) et au moins un premier signal (810, 811) de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape d'estimation (60) de la réponse du canal de transmission dudit premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, ladite estimation tenant compte dudit signal pilote à simple porteuse et une partie au moins dudit signal pilote coïncidant temporellement avec au moins une partie dudit premier signal.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie dudit signal pilote, prise en compte par ladite estimation coïncide intégralement avec au moins une partie dudit premier signal.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit signal pilote et ledit premier signal sont asynchrones.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit signal pilote et ledit premier signal sont synchrones.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que la bande de fréquence utilisée pour ledit signal pilote sur un canal de transmission englobe la bande de fréquence utilisée pour ledit premier signal de transmission.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une égalisation (66) desdites données émises selon une modulation à porteuses multiples, ladite égalisation tenant compte de ladite estimation de la réponse du canal de transmission dudit premier signal de transmission.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite estimation prend en compte au moins une autocorrélation (600) effectuée sur ledit signal pilote.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que chacune desdites autocorrélations est associée à un retard correspondant à un trajet sur ledit canal de transmission.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites autocorrélations sont effectuées pour chacun des trajets entre ledit émetteur et ledit récepteur sur ledit canal de transmission et correspondant à des retards inférieurs à une borne maximale déterminée.
10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de sélection de trajets entre ledit émetteur et ledit récepteur sur ledit canal de transmission et en ce que lesdites autocorrélations sont effectuées pour chacun des trajets sélectionnés lors de ladite étape de sélection.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détermination d'une réponse fréquentielle tenant compte desdites autocorrélations.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de transformée de Fourrier (602) fournissant au moins un coefficient associé à chaque sous-porteuse d'un symbole dudit premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ledit signal pilote est du type à étalement de spectre.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit premier signal de transmission est du type OFDM.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit premier signal de transmission est du type IOTA.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que, en outre, ledit émetteur transmet un second signal de transmission de données sur un canal à simple porteuse à destination dudit récepteur, ledit signal étant égalisé à partir d'une estimation de canal déterminée en fonction dudit signal pilote.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que ledit émetteur et ledit récepteur appartiennent à un réseau de communication mobile.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit émetteur appartient à une station de base dudit réseau de communication mobile et ledit récepteur appartient à un terminal, ladite station de base émettant ledit signal pilote et ledit premier signal de transmission de données selon une modulation à porteuses multiples et à haut débit lorsque cela est nécessaire.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que ledit premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples ne comprend pas de symbole pilote.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de génération (98) d'une horloge de référence associée audit premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, ladite génération d'une horloge de référence tenant compte dudit signal pilote à simple porteuse, et ladite horloge de référence alimentant ladite estimation de la réponse du canal de transmission dudit premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples.
21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend une égalisation (95) desdites données émises selon une modulation à porteuses multiples, ledit premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples comprenant des symboles pilotes et ladite horloge de référence alimentant ladite égalisation.
22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce qu'il met en œuvre au moins deux modes de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, ledit premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples comprenant des symboles pilotes selon un premier mode et ne comprenant pas de symbole pilote selon un second mode.
23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de basculement dudit premier mode audit second mode et vice- versa en fonction de la qualité de réception dudit premier signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples.
24. Dispositif (50, 32, 33, 34) de réception de données radio mettant en oeuvre au moins un signal pilote à simple porteuse (805) et au moins un signal de transmission (810, 811) de données émises selon une modulation à porteuses multiples, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens d'estimation (60) de la réponse du canal de transmission dudit signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, ladite estimation tenant compte dudit signal pilote à simple porteuse et une partie au moins du signal pilote coïncidant temporellement avec au moins une partie du premier signal..
25. Dispositif (42, 31) d'émission de données radio mettant en oeuvre au moins un signal pilote à simple porteuse (805) et au moins un signal de transmission (810; 811) de données émises selon une modulation à porteuses multiples, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens de modulation (42) dudit signal de transmission sans pilote, ledit signal pilote étant destiné à permettre une estimation de la réponse du canal de transmission dudit signal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, ladite estimation tenant compte dudit signal pilote à simple porteuse et une partie au moins du signal pilote coïncidant temporellement avec au moins une partie du premier signal.
26. Signal de transmission de données radio comprenant au moins un canal pilote à simple porteuse (311) et un canal de transmission de données à porteuses multiples (312), caractérisé en ce que ledit canal de transmission à porteuses multiples est sans pilote, ledit canal pilote à simple porteuse étant destiné à permettre une estimation (60) de la réponse du canal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, ladite estimation tenant compte dudit signal pilote à simple porteuse et une partie au moins du signal pilote coïncidant temporellement avec au moins une partie du premier signal.
27. Système de télécommunication cellulaire du type mettant en œuvre au moins un canal pilote à simple porteuse (311) et un canal de transmission de données à porteuses multiples (312), caractérisé en ce que ledit canal de transmission à porteuses multiples est sans pilote, ledit canal pilote à simple porteuse étant destiné à permettre une estimation (60) de la réponse du canal de transmission de données émises selon une modulation à porteuses multiples, ladite estimation tenant compte dudit signal pilote à simple porteuse et une partie au moins du signal pilote coïncidant temporellement avec au moins une partie du premier signal.
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