FR3109044A1 - Procédé de télécommunication avec constellations polaires et dispositifs correspondant - Google Patents

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Abstract

Procédé de télécommunication avec constellations polaires et dispositifs correspondant L'invention concerne un procédé (1) de télécommunication qui comprend : le mappage par un mappeur (MAP) de données d’entrée sur des points d’une constellation, la modulation par un modulateur (MOD) des points de la constellation pour générer des symboles modulés, l’émission d’un signal radio représentatif des symboles modulés. La constellation comprend un ensemble de points dont les coordonnées exprimées sous forme polaire , , dites coordonnées polaires par référence à une représentation à deux axes sont déterminées telles que , nombre réel étant le pas en amplitude de la constellation. Figure pour l'abrégé : Figure 13

Description

Procédé de télécommunication avec constellations polaires et dispositifs correspondant
Domaine de l’invention
La présente invention se rapporte au domaine des télécommunications. Au sein de ce domaine, l'invention se rapporte plus particulièrement aux communications numériques avec émission d’un signal radio (5G, WiFi, etc). Elle s’applique notamment aux points d’accès et aux dispositifs portables de télécommunication.
Art antérieur
Les communications numériques font référence à des chaînes de transmission numérique qui utilisent des modules de traitement du signal bien connus tels qu’illustrés par la figure 1.
Une chaîne classique est schématisée par la figure 1. Cette chaîne récupère des données d’entrée Bit provenant d’une source binaire telle que les données binaires soient représentatives par exemple d’un signal audio (voix), d’un signal multi média (flux de télévision, flux Internet), etc. Les données d’entrée sont codées par un codeur correcteur d’erreur COD (par exemple Turbo Code, LDPC, code polaire (Polar code)). Un entrelaceur ENT entrelace les données codées. Un codeur binaire à signal MAP convertit un paquet de données binaires, par exemple un mot de code, en un point d’une constellation (BPSK, QPSK, mQAM, etc.). Ce codeur est aussi dit mappeur et il est dit de manière équivalente que le mappeur mappe les données d’entrées sur les points de la constellation. La sortie de ce mappeur est constituée des symboles de constellation selon le mappage des données d’entrée ou de manière équivalente on parle des données mappées pour désigner les données de sortie. Il est à noter que le m de l’expression mQAM (Quadrature Amplitude Modulation selon la terminologie anglosaxonne) désigne l’ordre de modulation. Le codeur binaire à signal permet de projeter dit aussi mapper les données binaires issues du codeur de canal (codeur correcteur d’erreur) sur un plan à deux axes suivant une constellation donnée. Chaque point de la constellation transporte ainsi un paquet formé d’un ou de plusieurs bits. Par exemple pour le mappage sur des constellations BPSK, QPSK ou mQAM le nombre de bits pouvant être mappés sur un point de la constellation donnée est le suivant :
  • 1 bit pour une BPSK,
  • 2 bits pour une QPSK ou une 4-QAM,
  • 3 bits pour une 8-QAM,
  • 4 bits pour une 16-QAM, etc…
Les données mappées sont modulées par un modulateur MOD multi porteuses pour générer des symboles multi porteuses. La sortie du modulateur alimente un amplificateur de puissance de l’émetteur pour émettre un signal radio.
Parmi les modulations multi porteuses, la modulation OFDM (Orthogonal Frequency-division Multiplexing selon la terminologie anglosaxonne) s’est avérée comme la modulation de référence depuis son adoption dans les différents standards comme le DAB, DVBT, ADSL, 4G et 5G. Les qualités intrinsèques de cette modulation OFDM ont assurées son succès dans les standards précités. Parmi ces qualités on peut citer celle liée à un spectre moins étalé que celui d’une modulation mono-porteuse, celle liée à la résistance aux canaux dispersifs en temps et celle liée à la réception qui peut se faire avec une égalisation simple avec un coefficient par porteuse (i.e. traitement ZF pour Zero Forcing selon la terminologie anglosaxonne).
La figure 2 illustre la sortie d’un modulateur mettant en œuvre une modulation OFDM. Un tel modulateur OFDM est souvent réalisé au moyen d’une transformée inverse de Fourier (IFFT). Les différentes porteuses d’un symbole OFDM sont modulées avec les points de la constellation sur lesquels les paquets de données ont été mappés. L’intervalle fréquentielle entre porteuses est de avec la durée d’un symbole OFDM. Un intervalle de garde de durée est inséré entre deux symboles OFDM successifs. Cet intervalle de garde permet d’absorber les échos provoqués par les réflexions multiples lors des transmissions radio par le canal qui est généralement l’air. Cet intervalle peut être utilisé pour effectuer une première synchronisation temporelle dite grossière du système (entre un émetteur et un récepteur). Il peut ainsi permettre à la réception de positionner la fenêtre FFT avant de démoduler le signal radio reçu. La mise en œuvre de la FFT en réception permet d’effectuer le traitement inverse de la IFFT mise en œuvre à l’émission i.e permet de démoduler les symboles OFDM reçus.
Les figures 3, 4 et 5 représentent un mapping respectivement sur une QPSK, une 16QAM ou une 64QAM respectant un codage de Gray. Le codage de Gray est tel qu’entre un point de la constellation et chacun des points les plus proches, les paquets de bits mappés sur ces deux points se distinguent par seulement un bit. Cette particularité a pour avantage de limiter le nombre de bits affectés par une mauvaise évaluation en réception du point de constellation reçu.
Les figures 2, 3 et 4 illustrent le fait que plus l’ordre de modulation est élevé plus le système transmet d’informations binaires et peut atteindre un débit de transmission élevé et donc améliore l’efficacité spectrale du système. Toutefois, plus l’ordre de modulation est élevé et moins le système résiste aux perturbations liées au canal et au Bruit Blanc Additif Gaussien (BBAG).
Ainsi, le choix de l’ordre de modulation doit tenir compte de la qualité du lien de transmission pour espérer atteindre le débit maximal possible.
La Modulation d’Amplitude sur deux porteuses en Quadrature (MAQ : Modulation d'Amplitude en Quadrature ou QAM - Quadrature Amplitude Modulation selon la terminologie anglosaxonne) peut être dénommée comme un mappage « cartésien ». Ce mappage est généralement associé à un codage de Gray. Bien que pour un même système d’accès radio (RAN), plusieurs types de mappage peuvent être spécifiés, le mappage MAQ est le plus utilisé. En effet, il assure une distance euclidienne uniforme entre les points de la constellation et il peut être décodé de manière simple avec des solutions à seuil. Un mappage MAQ permet ainsi de garantir des débits élevés. Un mappage MAQ est par exemple retenu dans les standards DVB-T, IEEE 802.11 (WiFi), 3GPP 4G (release et suivantes) et récemment 3GPP 5G (release 15 et suivantes).
Certains scénarios envisagés liés aux nouveaux standards comme la 5G ou à des futurs standards tablent sur un débit toujours plus important ce qui nécessite de décaler ou élargir le spectre radio dans ou vers les bandes hautes i.e. millimétriques (autour des 26GHz en France) et dans un avenir proche dans des bandes encore plus élevées : les Térahertz.
Certains cas d’usages (use cases selon la terminologie anglosaxonne) de la 5G prévoient d’adresser des capteurs répartis aussi bien en intérieur (indoor) qu’en extérieur (outdoor) ou prévoient de pouvoir communiquer avec des terminaux en forte mobilité (embarqués par exemple dans un train à très grande vitesse i.e. TGV). Ces cas d’usages se placent donc dans des contextes avec des contraintes plus importantes. L’augmentation des contraintes entraîne des variations importantes de la phase des signaux reçus. Ces variations peuvent avoir pour origine le bruit de phase des oscillateurs dans les bandes hautes, le déplacement à grande vitesse du terminal (TGV) qui génère de l’effet Doppler ou la qualité moindre des oscillateurs des capteurs à faible coût car les variations de température pouvant dégrader les oscillateurs qui ne possèdent pas d’asservissement en température.
Comme les constellations QAM sont très sensibles aux variations de phase de la porteuse, il est classique de transmettre des pilotes connus pour estimer les variations du canal de transmission. Ce choix est retenu pour les systèmes DVB-T ou 4G-5G. Dans les standards tels que DVB-T et IEEE 802.11 (WiFi), les variations de phase de la porteuse sont estimées à partir des pilotes dits continus. Mais pour les nouveaux standards définis par le consortium 3GPP (4G, 5G, …) il n’y a pas de pilotes continus. Ainsi, pour résister aux fortes variations de phase, les systèmes 3GPP (4G-5G) sont contraints d’utiliser des constellations plus faibles, la QPSK en l’occurrence mais au détriment du débit.
Il existe donc un besoin pour un procédé de télécommunication permettant d’améliorer la situation pour de futurs standards.
L’invention propose un procédé de de télécommunication comprenant :
  • le mappage par un mappeur de données d’entrée sur des points d’une constellation,
  • la modulation par un modulateur des points de la constellation pour générer des symboles modulés,
  • l’émission d’un signal radio représentatif des symboles modulés.
Le procédé est tel que la constellation comprend un ensemble de points dont les coordonnées exprimées sous forme polaire , , dites coordonnées polaires par référence à une représentation à deux axes sont déterminées telles que , nombre réel étant le pas en amplitude de la constellation.
Le procédé de télécommunication permet d’adresser différents contraintes vis-à-vis des variations de phase ou des variations d’amplitude (bruit) en modifiant la valeur du pas qui peut être paramétrable, et/ou en définissant des valeurs de phase pour les différents points. Ce procédé est donc très souple et adaptable en fonction des contraintes de phase ou de bruit.
La constellation utilisée permet d’augmenter la résilience du système vis-à-vis des variations de phase provoquées par les imperfections des oscillateurs, en particulier pour les fréquences hautes au-delà des 6 GHz. Le nombre de points sur un même cercle va déterminer la variation de phase que permet d’absorber le procédé.
Le procédé permet d’absorber une variation de phase qui peut aller jusqu’à 2π.
Selon une 1èreconfiguration, il suffit de paramétrer une phase identique pour tous les points de la constellation. Selon cette configuration, le récepteur peut démoduler les données mappées uniquement en récupérant l’amplitude des données reçues. Cette configuration permet de simplifier le récepteur.
Selon une 2econfiguration, il suffit de paramétrer la phase telle que avec . Cette configuration est plus robuste que la précédente au bruit puisqu’elle peut permettre en outre d’absorber des variations sur l’amplitude.
Un tel procédé est très avantageux car pas une simple modification du pas, qui peut être paramétrable, il est possible de changer l’ordre de la modulation. Ainsi, en supposant qu’un pas de un soit associé à un ordre 16 alors en divisant par deux le pas on double le nombre de cercles et on obtient un ordre deux fois plus élevé et ainsi de suite.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, la modulation est multi porteuses.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, les deux axes délimitent des quadrants et les coordonnées polaires sont déterminées par quadrant : , . Ce mode permet d’utiliser des ordres de modulation importants pour répondre à la demande croissante de débit même en l’absence de pilotes tout en permettant d’absorber une variation de phase pouvant aller jusqu’à π/2 en limitant à quatre le nombre de points sur un même cercle.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, les deux axes délimitent des quadrants et les coordonnées polaires sont déterminées par ensemble de deux quadrants : , . Ce mode permet d’utiliser des ordres de modulation importants pour répondre à la demande croissante de débit même en l’absence de pilotes tout en permettant d’absorber une variation de phase pouvant aller jusqu’à π en limitant le nombre de points sur un même cercle à deux.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, les coordonnées polaires sont en outre déterminées telles que avec un réel non nul. Ce mode utilise des constellations dites en spirale particulièrement adaptées pour des systèmes confrontés à beaucoup de bruit de phase ce qui est le cas par exemple lorsque les communications interviennent dans la bande des TéraHz. En effet, les oscillateurs présentent beaucoup de bruit de phase à ces fréquences. Les constellations en spirale définies sur l’ensemble des 2π, c’est-à-dire que les quatre quadrants sont considérés comme un tout, permettent d’obtenir aussi bien une bonne immunité au bruit et une bonne immunité aux variations de phase et sont donc particulièrement avantageuses pour les communications dans les TéraHz. Ce mode présente une aussi bonne robustesse aux variations de phase qu’un mode selon lequel tous les points de la constellation ont la même phase et en outre il augmente avantageusement la distance minimale euclidienne des points de la constellation.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, , et pour chaque quadrant avec un entier naturel. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux car les symboles obtenus peuvent être démodulés par un démodulateur classique, ils sont compatibles des démodulateurs adaptés à la modulation 16-QAM classique selon laquelle les quatre points d’un quadrant sont répartis selon un carré.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, pour chaque quadrant , . Ce mode présente une moins bonne robustesse aux variations de phase qu’un mode selon lequel tous les points de la constellation ont la même phase mais il augmente avantageusement la distance minimale euclidienne des points de la constellation.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, pour deux quadrants pris ensemble , . Ce mode présente une moins bonne robustesse aux variations de phase qu’un mode selon lequel tous les points de la constellation ont la même phase mais il augmente avantageusement la distance minimale euclidienne des points de la constellation.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, pour . Selon ce mode tous les points de la constellation ont la même phase. Ce mode présente une bonne robustesse aux variations de phase et en outre la démodulation à la réception est une simple détermination de l’amplitude du point reçu.
L’invention a en outre pour objet un équipement de télécommunication apte à mettre en œuvre un procédé selon l’invention. L’équipement comprend :
  • un mappeur pour mapper des données d’entrée sur des points d’une constellation, la constellation comprenant un ensemble de points dont les coordonnées exprimées sous forme polaire , , dites coordonnées polaires par référence à une représentation à deux axes délimitant quatre quadrants sont déterminées telles que , nombre réel étant le pas en amplitude de la constellation, ,
  • un modulateur pour moduler des points de la constellation et générer des symboles modulés,
  • un émetteur pour émettre un signal radio représentatif des symboles modulés.
L’invention a en outre pour objet un procédé de réception comprenant :
  • la réception d’un signal radio représentatif de symboles modulés,
  • la démodulation par un démodulateur des symboles modulés pour estimer des points d’une constellation,
  • le démappage par un démappeur des points de la constellation pour estimer des données mappées sur ces points de constellation,
Le procédé est tel que la constellation comprend un ensemble de points dont les coordonnées exprimées sous forme polaire , , dites coordonnées polaires par référence à une représentation à deux axes sont déterminées telles que , nombre réel étant le pas en amplitude de la constellation.
L’invention a en outre pour objet équipement de télécommunication apte à mettre en œuvre un procédé de réception selon l’invention. L’équipement comprend :
  • un récepteur pour recevoir un signal radio représentatif de symboles modulés,
  • un démodulateur pour démoduler les symboles modulés et estimer des points d’une constellation, la constellation comprenant un ensemble de points dont les coordonnées exprimées sous forme polaire , , dites coordonnées polaires par référence à une représentation à deux axes délimitant quatre quadrants sont déterminées telles que , nombre réel étant le pas en amplitude de la constellation,
  • un démappeur pour démapper les points de la constellation et estimer des données mappées sur ces points de constellation.
L’invention a en outre pour objet un signal numérique émis ou reçu comprenant des symboles modulés avec des points d’une constellation, la constellation comprenant un ensemble de points dont les coordonnées exprimées sous forme polaire , , dites coordonnées polaires par référence à une représentation à deux axes délimitant quatre quadrants sont déterminées telles que , nombre réel positif étant le pas en amplitude de la constellation.
L’invention proposée permet ainsi d’atteindre plusieurs objectifs :
  • augmenter la résilience du système vis-à-vis des variations de phase provoquées par les imperfections des oscillateurs pour les fréquences hautes au-delà des 6 GHz,
  • améliorer la qualité intrinsèque pour les systèmes dits à bas coût,
  • améliorer la robustesse des modulateurs et des démodulateurs vis-à-vis du Doppler qui est provoqué essentiellement par le déplacement du récepteur/terminal.
L’ensemble des améliorations apportées permet d’utiliser les systèmes multi porteuses pour les fréquences hautes, en particulier les bandes millimétriques et au-delà.
Liste des figures
La figure 1 est un schéma illustrant une chaîne de traitement en bande de base en émission selon l’art antérieur,
La figure 2 est une représentation classique temps-fréquence de symboles OFDM,
La figure 3 est une représentation selon un axe réel X(I) et selon un axe imaginaire Y(Q) d’une constellation QPSK avec mappage de données sur les points de la constellation selon un codage de Gray,
La figure 4 est une représentation selon un axe réel X(I) et selon un axe imaginaire Y(Q) d’une constellation 16QAM avec mappage de données sur les points de la constellation selon un codage de Gray,
La figure 5 est une représentation selon un axe réel X(I) et selon un axe imaginaire Y(Q) d’une constellation 64QAM avec mappage de données sur les points de la constellation selon un codage de Gray,
La figure 6 est une représentation selon un axe réel X(I) et selon un axe imaginaire Y(Q) d’une première configuration d’une constellation intervenant dans un procédé selon l’invention,
La figure 7 est une représentation selon un axe réel X(I) et selon un axe imaginaire Y(Q) d’une deuxième configuration d’une constellation intervenant dans un procédé selon l’invention,
La figure 8 représente schématiquement le maximum de la variation de phase pouvant impacter les points de la modulation, illustrée par la figure 7,
La figure 9 est une représentation selon un axe réel X(I) et selon un axe imaginaire Y(Q) d’une troisième configuration d’une constellation intervenant dans un procédé selon l’invention,
La figure 10 est une représentation selon un axe réel X(I) et selon un axe imaginaire Y(Q) d’une quatrième configuration d’une constellation intervenant dans un procédé selon l’invention,
La figure 11 représente schématiquement le maximum de la variation de phase pouvant impacter les points de la modulation, illustrée par la figure 10,
La figure 12 est une représentation selon un axe réel X(I) et selon un axe imaginaire Y(Q) d’une autre configuration d’une constellation intervenant dans un procédé selon l’invention,
La figure 13 est un est un schéma de la structure simplifiée d’un équipement selon l’invention apte à mettre en œuvre un procédé de télécommunication selon l’invention,
La figure 14 un schéma de la structure simplifiée d’un équipement selon l’invention apte à mettre en œuvre un procédé de réception selon l’invention.
Description d’un mode de réalisation de l’invention
Le principe général de l’invention repose sur le mapping des données sur une constellation dont les points sont répartis sur des cercles concentriques avec un pas constant entre les cercles. Le pas est un nombre réel positif non nul. Les points de la constellation sont donc répartis sur au moins deux cercles distincts. Les points ont des coordonnées exprimées sous forme polaire , , dites coordonnées polaires par référence à une représentation à deux axes délimitant quatre quadrants, avec pour contrainte que .
La constellation a pour particularité qu’il y a au maximum un point sur chaque cercle par quadrant considéré pour l’expression sous forme polaire de la constellation. Lorsque la constellation est déterminée sur un quadrant de taille , soit le quadrant alors il y a au maximum un point par cercle. Lorsque la constellation est déterminée par quadrant de taille , soit pour les quadrants et ou et alors il y a au maximum un point par demi-cercle. Lorsque la constellation est déterminée par quadrant de taille , soit pour les quadrants , , et alors il y a au maximum un point par quart de cercle.
Les coordonnées cartésiennes ( , ) avant normalisation correspondant aux coordonnées polaires des points de la constellation s’expriment sous la forme :
; .
En paramétrant un pas et en considérant que l’amplitude du premier point vaut un alors :
.
Le facteur de normalisation « » dépend du pas entre les points de la constellation et de l’ordre de modulation m. Dans ces conditions, il est donné par l’expression :
L’opération de normalisation est une opération bien connue de l’homme du métier, elle n’est donc pas plus décrite. Il est en effet tout à fait habituel d’appliquer un facteur de normalisation lors du mappage ou à l’issu du mappage sur les différents symboles.
La figure 6 représente une première configuration d’une constellation utilisée selon l’invention. Cette configuration a la particularité que ses points sont répartis sur un quadrant qui représente et que la phase soit la même pour tous ses points. Chaque point a pour coordonnées :
, , .
Il suffit donc de trouver l’amplitude d’un point pour déterminer ce point. Ainsi, le récepteur peut démoduler les données mappées selon cette configuration uniquement en exploitant l’amplitude des données reçues.
La configuration représentée correspond à une constellation d’ordre . Le tableau suivant est un exemple de codage de Gray utilisé avec cette configuration.
i Codage de Gray
1 0000
2 0001
3 0011
4 0010
5 0110
6 0111
7 0101
8 0100
9 1100
10 1101
11 1111
12 1110
13 1010
14 1011
15 1001
16 1000
Cette première configuration permet avantageusement d’estimer la variation de phase commune d’un symbole OFDM entre le signal émis et le signal reçu en calculant l’erreur de phase moyenne sur un symbole OFDM. Ceci permet de s’affranchir des pilotes dits continus.
Cette première configuration est très performante vis-à-vis des variations de phase mais au détriment de la robustesse face au bruit blanc additif gaussien car la distance minimale entre les points émis est faible.
La figure 7 représente une deuxième configuration d’une constellation utilisée selon l’invention. Cette constellation est d’ordre . Elle a la particularité que le motif des points est reproduit entre les quatre quadrants, chaque quadrant représentant . Chaque point d’un quadrant a pour coordonnées :
, , , .
Ainsi, pour chaque quadrant, il n’y a qu’un point par cercle concentrique et la phase du point est choisie selon un critère déterminé, par exemple avec un pas constant de entre deux points ou un pas de zéro entre les deux points sur les cercles les plus éloignés dans un même quadrant. Ce deuxième mode est moins performant vis-à-vis des variations de phase que le premier mode mais il est plus robuste face au bruit blanc additif gaussien car la distance minimale entre les points émis est plus grande.
Selon l’exemple illustré de ce deuxième mode, la phase est un multiple de et plus particulièrement , et . Ce deuxième mode de réalisation tel qu’illustré est très avantageux car il est compatible de nombreux démodulateurs OFDM existants capables de démoduler une modulation OFDM/16QAM. En effet, pour chaque quadrant, les points sont proches de ceux d’une constellation 16QAM classique telle que représentée en figure 4.
La figure 8 représente le maximum de la variation de phase pouvant impacter les points de la modulation, illustrée par la figure 7, lors de la transmission qui reste compatible d’une démodulation correcte en réception. Dans la limite de ce maximum i.e. tant que la variation de phase reste dans la limite de par rapport à la phase du point émis, le récepteur peut démoduler les points de la modulation reçus malgré la variation de phase entre l’émetteur et le récepteur et ceci sans ambiguïté.
La figure 9 représente une troisième configuration d’une constellation utilisée selon l’invention. Cette constellation est d’ordre . Elle a la particularité que le motif des points est reproduit entre les deux quadrants, chaque quadrant représentant . Chaque point d’un quadrant a pour coordonnées : , , , . Ainsi, pour chaque quadrant, il n’y a qu’un point par cercle concentrique et la phase du point est choisie selon un critère déterminé, par exemple avec un pas constant de et modulo entre deux points successifs pour rester dans un même quadrant.
Il peut être considéré que les points sont décrits avec un pas de « 1 » en amplitude et avec une périodicité de 8, ce qui a pour conséquence d’avoir deux points de constellations pour la même amplitude. Les coordonnées cartésiennes peuvent s’exprimer sous la forme :
;
avec et (période de 8),
et = avec par exemple point de départ de la constellation.
Cette constellation est très robuste face aux variations de phase de mais avec une diminution des performances vis-à-vis du bruit blanc additif gaussien comparativement à une modulation illustrée par la figure 7.
La figure 10 représente une quatrième configuration d’une constellation utilisée selon l’invention dite en spirale. De même que pour la première configuration illustrée par la figure 6, cette quatrième configuration a la particularité que les points sont répartis sur un quadrant qui représente . La configuration représentée correspond à une constellation d’ordre . Chaque point a pour coordonnées :
, ,
et une phase avec un pas déterminé entre deux points successifs i.e. sur deux cercles successifs, par exemple un pas constant de , .
Donc, contrairement à la première configuration, la phase n’est pas constante mais varie entre les points successifs. De même que pour la première configuration, cette quatrième configuration est particulièrement avantageuse vis-à-vis des variations de phase car la démodulation en réception peut se faire uniquement sur une détection d’amplitude des points de constellation reçus. Toute variation de phase lors de la transmission entre l’émetteur et le récepteur n’impacte pas la démodulation. Cette quatrième configuration est plus avantageuse que la première configuration en termes de distance minimale entre tous les points et donc plus robuste face au bruit blanc additif gaussien car la distance minimale entre les points émis est plus importante que pour la première configuration.
La constellation de la figure 9 peut être définie comme deux constellations en spirale d’ordre moitié sur deux quadrants décalés de l’un par rapport à l’autre.
Le tableau suivant est un exemple possible de mappage des données binaires sur les points d’une constellation selon la quatrième configuration illustrée par la figure 10, en respectant un codage de Gray. L’ordre de modulation est , le pas en amplitude des points de cette constellation est est la phase est un multiple de .
i Codage de Gray Z(i) avant normalisation
1 0000 1.
2 0001 2
3 0011 3.
4 0010 4.
5 0110 5.
6 0111 6.
7 0101 7.
8 0100 8.
9 1100 9.
10 1101 10
11 1111 11.
12 1110 12.
13 1010 13.
14 1011 14.
15 1001 15.
16 1000 16.
La figure 11 illustre le résultat d’un écart en fréquence entre l’émetteur et le récepteur avec la constellation définie ci-dessus sur plusieurs symboles OFDM consécutifs. La figure 11 illustre le maximum de la variation de phase pouvant impacter les points de la modulation dite en spirale, illustrée par la figure 10, qui reste acceptable pour une démodulation correcte. Cette structure en « spirale » permet de résister à de fortes variations de phase entre l’émetteur et le récepteur du système. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté pour des systèmes fonctionnant dans les TéraHertz pour lesquels il y a un bruit de phase très important dus à des oscillateurs peu performants.
Pour répondre à une augmentation de débit (par exemple, deux fois plus de débit), un nouveau mode de réalisation d’une constellation selon la première configuration peut être déterminé en reproduisant les points de la figure 6 sur le 3equadrant comme représenté en figure 12. Le mode de réalisation représenté a pour ordre . En reproduisant les points de la figure 6 sur les trois autres quadrants ont obtient facilement un ordre .
Pour répondre à une augmentation de débit, le pas peut être divisé par exemple par deux, par quatre, etc.
La structure simplifiée d’un mode de réalisation d’un équipement selon l’invention apte à mettre en œuvre un procédé de télécommunication selon l’invention est illustré par la figure 13. Cet équipement DEV_E peut tout aussi bien être une station de base qu’un terminal mobile.
L’équipement DEV_E comprend un microprocesseur µP dont le fonctionnement est commandé par l'exécution d’un programme Pg dont les instructions permettent la mise en œuvre d’un procédé de télécommunication selon l’invention. L’équipement DEV_E comprend en outre un mappeur MAP, un modulateur MOD de type OFDM, un émetteur EM, une mémoire Mem comprenant une mémoire tampon. Le modulateur MOD de type OFDM est classiquement réalisé en mettant en œuvre une transformée de Fourier inverse IFFT.
A l’initialisation, les instructions de code du programme Pg sont par exemple chargées dans la mémoire tampon Mem avant d’être exécutées par le processeur μP. Le microprocesseur µP contrôle les différents composants : mappeur MAP, modulateur MOD, émetteur EM.
Le paramétrage de l’équipement comprend au moins l’ordre de la modulation, le pas de la constellation ainsi que la valeur de . L’ordre de la modulation détermine le nombre de points .
Ainsi en exécutant les instructions, le microprocesseur µP :
  • détermine les coordonnées polaires des points de la constellation : , , telles que , ,
  • contrôle les différents composants pour :
    • que le mappeur MAP mappe les données d’entrée DATA sur les points de la constellation,
    • que le modulateur MOD module les données mappées sur les différentes porteuses pour générer des symboles OFDM,
    • que l’émetteur EM émette un signal radio représentatif des symboles OFDM.
La structure simplifiée d’un mode de réalisation d’un équipement selon l’invention apte à mettre en œuvre un procédé de réception selon l’invention est illustré par la figure 14. Cet équipement DEV_R peut tout aussi bien être une station de base qu’un terminal mobile.
L’équipement DEV_R comprend un microprocesseur µP dont le fonctionnement est commandé par l'exécution d’un programme Pg dont les instructions permettent la mise en œuvre d’un procédé de réception selon l’invention. L’équipement DEV_R comprend en outre un démappeur DEMAP, un démodulateur DEMOD de type OFDM, un récepteur RE, une mémoire Mem comprenant une mémoire tampon.
A l’initialisation, les instructions de code du programme Pg sont par exemple chargées dans la mémoire tampon Mem avant d’être exécutées par le processeur μP. Le microprocesseur µP contrôle les différents composants : démappeur DEMAP, démodulateur DEMOD, récepteur RE.
Le démodulateur DEMOD effectue l’opération inverse du modulateur MOD. Le démappeur DEMAP effectue l’opération inverse du mappeur MAP. Classiquement, le démodulateur est réalisé au moyen d’une transformée de Fourier FFT.
Le paramétrage de l’équipement comprend au moins l’ordre de la modulation, le pas de la constellation ainsi que la valeur de . L’ordre de la modulation détermine le nombre de points .
Ainsi en exécutant les instructions, le microprocesseur µP :
  • détermine les coordonnées polaires des points de la constellation : , , telles que , ,
  • contrôle les différents composants pour :
    • que le récepteur RE reçoive le signal radio représentatif des symboles OFDM,
    • que le démodulateur DEMOD démodule les symboles OFDM pour estimer les points de la constellation mappés sur les différentes porteuses,
    • que le démappeur MAP démappe les points de la constellation pour estimer les données DATA.
L’équipement DEV_R qui reçoit le signal radio émis selon un mode de réalisation d’un procédé selon l’invention peut démoduler les points de la constellation reçus en estimant l’amplitude du point reçu :
et est le bruit blanc additif gaussien projeté sur les voies X et Y.
Connaissant la constellation, et compte tenu qu’il n’y a au plus qu’un point par cercle sur un quadrant, l’équipement DEV_R peut donc à partir de l’amplitude déterminer le point reçu avec une incertitude sur sa position si plusieurs quadrants ont été considérés à l’émission pour définir la constellation.
Après avoir estimé l’amplitude du point reçu l’équipement DEV_R peut estimer l’erreur de phase en comparant les points estimés projetés sur les axes X(I) et Y(Q) avec les points transmis. L’erreur de phase provient essentiellement du bruit blanc additif gaussien :
En effectuant la somme des différentes estimations d’erreur de phase faite sur chaque porteuse OFDM i.e. pour chaque point de la constellation qui a modulé une porteuse, l’équipement DEV_R peut avoir une amélioration de l’estimation de l’erreur de phase et diminuer ainsi l’influence du bruit blanc :
avec M le nombre de porteuses OFDM utilisées pour estimer les variations de phase.
Une fois l’estimation faite de l’erreur de phase commune, l’équipement DEV_R peut corriger l’ensemble des points de constellation modulant un symbole OFDM. Cette correction peut se faire aussi bien dans le domaine fréquentiel i.e. après la démodulation IFFT que dans le domaine temporel i.e. avant la démodulation IFFT. En effectuant la correction dans le domaine temporel ceci permet de diminuer l’interférence entre porteuse qui est issue de la rotation de phase.
La détermination de l’erreur de phase permet de diminuer l’erreur de démodulation.
En conséquence, l'invention s'applique également à un programme d'ordinateur ou plusieurs, notamment un programme d'ordinateur sur ou dans un support d'informations, adapté à mettre en œuvre l'invention. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable pour implémenter un procédé selon l'invention.
Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une clé USB ou un disque dur.
D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.
Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.

Claims (15)

  1. Procédé (1) de télécommunication comprenant :
    • le mappage par un mappeur (MAP) de données d’entrée sur des points d’une constellation,
    • la modulation par un modulateur (MOD) des points de la constellation pour générer des symboles modulés,
    • l’émission d’un signal radio représentatif des symboles modulés,
    caractérisé en ce que la constellation comprend un ensemble de points dont les coordonnées exprimées sous forme polaire , , dites coordonnées polaires par référence à une représentation à deux axes sont déterminées telles que , nombre réel étant le pas en amplitude de la constellation.
  2. Procédé (1) de télécommunication selon la revendication précédente, tel que la modulation est multi porteuses.
  3. Procédé (1) de télécommunication selon l’une des revendications 1 à 3, tel que les deux axes délimitent des quadrants et que les coordonnées polaires sont déterminées par quadrant : , .
  4. Procédé (1) de télécommunication selon l’une des revendications 1 à 3, tel que les deux axes délimitent des quadrants et que les coordonnées polaires sont déterminées par ensemble de deux quadrants : , .
  5. Procédé (1) de télécommunication selon l’une des revendications 1 à 4, selon lequel les coordonnées polaires sont en outre déterminées telles que avec un réel non nul.
  6. Procédé (1) de télécommunication selon la revendication 3, tel que , et tel que pour chaque quadrant avec un entier naturel.
  7. Procédé (1) de télécommunication selon la revendication 3, tel que pour chaque quadrant , .
  8. Procédé (1) de télécommunication selon la revendication 4, tel que pour deux quadrants pris ensemble , .
  9. Procédé (1) de télécommunication selon la revendication 1-2, tel que pour .
  10. Procédé (2) de réception comprenant :
    • la réception d’un signal radio représentatif de symboles modulés,
    • la démodulation par un démodulateur (DEMOD) des symboles modulés pour estimer des points d’une constellation,
    • le démappage par un démappeur (DEMAP) des points de la constellation pour estimer des données mappées sur ces points de constellation,
    caractérisé en ce que la constellation comprend un ensemble de points dont les coordonnées exprimées sous forme polaire , , dites coordonnées polaires par référence à une représentation à deux axes sont déterminées telles que , nombre réel étant le pas en amplitude de la constellation.
  11. Equipement de télécommunication (DEV_E) caractérisé en ce qu’il comprend :
    • un mappeur (MAP) pour mapper des données d’entrée sur des points d’une constellation, la constellation comprenant un ensemble de points dont les coordonnées exprimées sous forme polaire , , dites coordonnées polaires par référence à une représentation à deux axes délimitant quatre quadrants sont déterminées telles que , nombre réel étant le pas en amplitude de la constellation,
    • un modulateur (MOD) pour moduler des points de la constellation et générer des symboles modulés,
    • un émetteur (EM) pour émettre un signal radio représentatif des symboles modulés.
  12. Equipement de télécommunication (DEV_R) caractérisé en ce qu’il comprend :
    • un récepteur (RE) pour recevoir un signal radio représentatif de symboles modulés,
    • un démodulateur (DEMOD) pour démoduler les symboles modulés et estimer des points d’une constellation, la constellation comprenant un ensemble de points dont les coordonnées exprimées sous forme polaire , , dites coordonnées polaires par référence à une représentation à deux axes délimitant quatre quadrants sont déterminées telles que , nombre réel étant le pas en amplitude de la constellation
    • un démappeur (DEMAP) pour démapper les points de la constellation et estimer des données mappées sur ces points de constellation.
  13. Programme d'ordinateur sur un support d'informations, ledit programme comportant des instructions de programme adaptées à la mise en œuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 10 lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans un équipement de télécommunication.
  14. Support d'informations comportant des instructions de programme adaptées à la mise en œuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans un équipement de télécommunication.
  15. Signal numérique émis ou reçu comprenant des symboles modulés avec des points d’une constellation, la constellation comprenant un ensemble de points dont les coordonnées exprimées sous forme polaire , , dites coordonnées polaires par référence à une représentation à deux axes délimitant quatre quadrants sont déterminées telles que , nombre réel positif étant le pas en amplitude de la constellation.
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