WO2015197990A1 - Procédé de transmission dynamique et sélectif fd-dsdf d'un signal numérique pour un système marc avec un relais full-duplex, produit programme et dispositif relais correspondants - Google Patents

Procédé de transmission dynamique et sélectif fd-dsdf d'un signal numérique pour un système marc avec un relais full-duplex, produit programme et dispositif relais correspondants Download PDF

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error
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Abdulaziz MOHAMAD
Raphaël Visoz
Antoine Berthet
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Orange SA
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    • H04L2001/0097—Relays

Definitions

  • the present invention relates to the field of digital communications. More precisely, the field of the invention is that of the transmission of coded data in a MARC (Multiple Access Relay Channel) network.
  • a MARC network is a telecommunication system which, for a given destination, comprises at least three nodes: at least two transmitters and one relay. More specifically, the invention relates to relaying and relates to improving the quality of data transmission, and in particular improving the performance of error correction decoding in a receiver (destination).
  • the relay is implemented by a relay that cooperates with the sources to obtain a more reliable communication between the sources and the destination.
  • the invention applies in particular, but not exclusively, to the transmission of data via mobile networks, for example for real-time applications. It applies more particularly to so-called "Full Duplex" (FD) relays with links between the nodes which are as well non-orthogonal (with interference) as semi-orthogonal (with certain interferences) or orthogonal (without interference).
  • FD Full Duplex
  • the link is the communication channel between two or more nodes, it can be physical or logical. When the link is physical then it is usually called channel.
  • Networks are looking for significant gains in terms of capacity, reliability, consumption and others.
  • the transmission channel of a mobile network is deemed difficult and leads to a relatively poor transmission reliability.
  • Significant progress has been made in recent years in coding and modulation, especially for consumption and capacity considerations. Indeed, in a mobile network where several transmitters / receivers share the same resources (time, frequency and space) it is necessary to reduce the transmission power as much as possible.
  • the basic topology of the MARC systems illustrated in Figure 1 is such that sources, nodes Si and S 2, broadcast their sequences encoded information to the attention of the relay R and the destination D.
  • the relay decodes the signals received from the sources Si and S 2 and re-encodes jointly thereof in adding a clean redundancy creating a spatially distributed network code seen from the receiver D.
  • the decoding of the three spatially distributed coded sequences comprising the two coded sequences received directly from the sources S1 and S2 and the coded sequence from the relay , relies on channel and network decoding algorithms.
  • Network coding is a form of cooperation in which network nodes share not only their own resources (power, band, etc.) but also their computational capacity, to create an increasingly powerful distributed coding as they go along. as the information propagates through the nodes. It brings substantial gains in terms of diversity and coding and therefore of transmission reliability.
  • half-duplex mode There are two types of relay operation: half-duplex mode and full-duplex mode.
  • the invention applies to full duplex relays.
  • the relay receives the new information blocks from both sources and simultaneously transmits to the recipient information based on the previously received blocks; the relay can receive and transmit simultaneously on the same frequency band or on different bands.
  • the full-duplex relay achieves a larger capacity.
  • each source has T messages of K bits each to be transmitted during a transmission interval t (time slots), t £ ⁇ 1, ..., T ⁇ . At the end of each transmission interval t where t £ ⁇ ,.,.
  • the relay Ri tries to decode the source messages and to transmit during the transmission interval t + 1 the result of a deterministic function of the decoded messages.
  • the protocol therefore requires T + 1 transmission intervals to transmit the T messages.
  • the destination attempts to decode the source messages at the end of the T + 1 transmission interval using the signals transmitted throughout the period of these T + 1 transmission intervals.
  • Such a protocol is complex to implement when the relay performs a soft type decoding with transmission of logarithmic reports of probabilities (LLR) to the destination.
  • LLR logarithmic reports of probabilities
  • Relay error detection is based on a CRC (abbreviation for Cyclic Redundancy Check) check included in the source messages.
  • CRC abbreviation for Cyclic Redundancy Check
  • This protocol makes it possible to reduce the complexity of the decoding at the destination and the relay while maintaining a high capacity when the protocol is implemented with a full duplex relay (FD abbreviation of Full duplex).
  • FD abbreviation of Full duplex FD abbreviation of Full duplex
  • the invention relates to the transmission of a digital signal in a network of at least four nodes comprising two transmitters, a relay and a recipient for optimizing the transmission capacity when the relay is full duplex, which can receive and transmit simultaneously, while limiting the decoding complexity at the relay and the destination.
  • the subject of the invention is a relaying method implemented by a full-duplex relay intended for a telecommunication system comprising several sources, the relay and a recipient.
  • the method comprises:
  • the method is such that coding and transmission are under control of the step of detecting decoded messages without error and decision in accordance with a selection scheme, after each block received.
  • the invention further relates to a full-duplex relay for a telecommunications system comprising several sources, the relay and a recipient.
  • the relay is such that the coding and transmission means is under control of the error detection and decision means in accordance with a selection scheme, after each block received.
  • the relay is part of a MARC system that includes at least two sources (transmitters) and the destination.
  • the MARC system may include more than two transmitters (sources). The transmitters transmit simultaneously to the same receiver (destination) which allows to use the maximum common spectral resource.
  • the emission by the sources can intervene simultaneously on the same radio resource (time and frequency) which makes it possible to use to the maximum the common spectral resource; the relay source links are in this case non-orthogonal. There is therefore interference between the signals received by the relay and between the signals received by the destination due to the superposition of the source signals during transmission on the one hand between the sources and the relay and on the other hand between the sources and the destination (the receiver).
  • the sources transmit simultaneously on the same radio resource
  • the relay decoding step is iterative and includes a joint detection and a joint decoding.
  • the joint detection and decoding in the relay makes it possible to separate the streams emitted simultaneously by the transmitters.
  • the iterative joint detection and decoding step is not necessary for the relay.
  • the relay can decode each source message from received sequences without interference between the sources.
  • the relay source links are orthogonal.
  • the relay can possibly receive and transmit on different frequency bands. This band separation is more particularly interesting for a single relay MARC system. Such a configuration makes it possible to use a dedicated reception antenna and allows before all to simplify the reception processes by limiting the disturbances due to the simultaneous transmission of the relay in the same band.
  • source coding transmitters
  • the use of source coding (transmitters) in which the first block can be decoded independently of the other blocks avoids the need for an additional transmission interval; the transmission of T messages for each transmitter is made in T transmission intervals.
  • the source coding may be according to a finite incremental redundancy coding.
  • Relay coding which includes network coding and channel coding, enables all scattered transmitters to benefit from the coding gain of a spatially distributed network code without decreasing the spectral efficiency. This makes it possible to implement in the receiver an iterative decoding that relies on a redundancy generated in the relay without the need to increase the power in the transmitters to achieve an increase in system coverage and spectral efficiency.
  • the transmission protocol avoids the spread of transmission error introduced more particularly when the links senders to relays are unreliable by not transmitting the messages detected with error.
  • the interleaving of messages detected without error is a known technique necessary to jointly perform the channel decoding of the signals of the transmitters and the relay signal at the destination.
  • the protocol contributes to a reduction of energy consumption by fighting the spread of errors and effectively fighting interference (when it cooperates the relay always transmits useful information).
  • the protocol achieves maximum throughput by controlling coding and transmission without waiting for messages from all transmitters to be decoded without error and without waiting for the end of the transmission interval or without waiting for the last transmission interval.
  • the relay transmits during a transmission interval a redundancy relating to a message decoded without error during the same transmission interval. There is then almost immediate transmission to the destination of additional redundancy determined by the relay and this while continuing the decoding by relay messages from other transmitters which is not possible with a relay type half duplex.
  • the protocol is particularly efficient since by fully exploiting the property of the full duplex relay to be able to simultaneously receive and transmit it does not require a threshold relating to a number of transmission slots to decide on a switch between the detection and the coding of the messages detected without error.
  • the protocol avoids the introduction of an unnecessary latency in the processing on receipt of these messages.
  • messages as can the prior art while waiting for the end of the transmission interval T + 1 to attempt to decode all the messages or waiting for the relay a number of transmission intervals has elapsed before switch to coding.
  • the relay can help any decoded message without error previously ie during the intervals 1, ..., t-1.
  • the transmission protocol according to the invention thus ensures full exploitation of the full duplex capabilities of a relay and leads to an optimal transmission capacity.
  • Relays can be both fixed relays and mobile relays. Given the density of communications to be transmitted in densely populated areas, the number of relays can be large and much greater than two. Indeed, to cover such areas, fixed relays can be used preferably at base stations whose cost can be significantly higher. Alternatively, mobile relays can be used. These mobile relays are typically mobile terminals.
  • the detection of messages decoded without errors is carried out using a type code CRC included in messages t K bits.
  • the messages decoded without error are stored.
  • the relay can use several times that is to say during several transmission intervals the same message decoded without error to generate the signal to the recipient.
  • the error detection and decision step allows the coding and transmission of a decoded message without error during an interval. previous transmission.
  • the relay can continue to transmit the determined redundancy on the message of the decoded source without error during a previous interval 1, ..., t- 1.
  • the decision authorizes the coding and the transmission of a message as soon as it is decoded without error.
  • the relay according to the invention transmits without delay to the destination, that is to say without waiting for the end of the transmission interval, a redundancy relating to the source decoded without error thus making it possible to help the destination to decode this same source.
  • This gain for one source can benefit other sources. Indeed, by releasing decoding means both relay and destination to focus on sources not yet correctly decoded, the protocol increases the probability of decoding without error all sources.
  • the detection and decoding are under control of the step of detecting messages decoded without errors and decision in accordance with a selection scheme, after each block received.
  • the detection and decoding can be adapted according to the error detection.
  • the step of detecting messages decoded without errors and decision stops the detection and decoding until the end of the interval transmission and allows coding and transmission.
  • This mode makes it possible more particularly to accentuate the reduction of the energy consumption while avoiding any unnecessary expenditure of the means of detection and decoding. It also makes it possible to concentrate the energy of the relay on other means.
  • the selection scheme is such that, at each current transmission interval t, the transmitted signal is representative of the messages decoded without error up to the current transmission interval t.
  • the recipient can benefit from several different redundancies for the same message correctly decoded by the relay.
  • the exploitation of these different occurrences by the recipient contributes to an increase in the probability of correctly decoding the received messages.
  • the selection scheme is such that during each current transmission interval, the transmitted signal is representative of the messages that have been decoded without error only during the current transmission interval t.
  • This mode has the advantage of being simple because it requires little signaling.
  • the coding and transmission step comprises interleaving by source for which a message is decoded without error before a network coding.
  • the interleaving at the input of the network coding makes it possible to have at the destination a structure similar to a parallel concatenation (similar to a distributed turbo-code). Depending on the type of decoding of the network coding at the destination the interleaves can be separate or not between the sources.
  • the coding and transmission step comprises a network coding followed by a first interleaving, a channel coding and a second interleaving distinct from the first.
  • the second interleaving makes it possible to assign a certain signature to the signal transmitted by the relay which makes it possible to distinguish it from the signals transmitted simultaneously by the transmitters.
  • the first possibly variable interleaving according to the block allows separation (in the sense of statistical independence) between the network coding and the channel coding.
  • the full-duplex relay further comprises means for storing messages decoded without error.
  • the full-duplex relay is such that the decoding means is under control of the error detection and decision means in accordance with a selection scheme, after each block received.
  • the full-duplex relay is such that the coding and transmission means comprises an interleaver for each source for which a message is decoded without error at the input of a network encoder.
  • the full-duplex relay is such that the coding and transmission means comprises a network coder followed by a first interleaver, a channel coder and a second interleaver distinct from the first.
  • the invention further relates to a MARC system in which the relay is a full duplex relay according to an object of the invention.
  • the invention further relates to a reception method for a receiver of at least one MARC system for implementing a relay method according to the invention.
  • the reception method comprises:
  • a joint detection and decoding of the blocks originating from the sources and the messages coming from the relay carried out iteratively at the end of each transmission interval t such that t £ ⁇ Q, ..., T] over a period of time; a sliding window of length Q, Q £ ⁇ 1, ..., T ⁇ , with propagation of probabilities between the iterations to estimate Q messages by source.
  • the invention further relates to a receiver for at least one MARC system for implementing a relay method according to the invention.
  • the receiver includes:
  • the invention furthermore relates to a method for transmitting a digital signal intended for a telecommunication system comprising several sources ( ⁇ S 1 , S 2 ⁇ s ⁇ , 3 ⁇ 4 ⁇ ), the relay and a recipient implementing a spatially distributed network code, including by source:
  • the invention furthermore relates to a transmitter of a digital signal intended for a telecommunication system comprising several sources, the relay and a receiver implementing a spatially distributed network code, comprising by transmitter:
  • the steps of the relaying method are determined by the instructions of a relay program incorporated in one or more electronic circuits such as chips that can be arranged in electronic devices of the MARC system.
  • the relaying method according to the invention can equally well be implemented when this program is loaded into a computing device such as a processor or equivalent whose operation is then controlled by the execution of the program.
  • the invention also applies to a computer program, including a computer program on or in an information carrier, adapted to implement the invention.
  • This program can use any programming language, and be in the form of source code, object code, or intermediate code between source code and object code such as in a partially compiled form, or in any other form desirable to implement a method according to the invention.
  • the information carrier may be any entity or device capable of storing the program.
  • the medium may include storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or a magnetic recording means, for example a USB key or a hard disk.
  • the information carrier may be an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the method in question.
  • the program may be translated into a transmissible form such as an electrical or optical signal, which may be routed via an electrical or optical cable, by radio or by other means.
  • a transmissible form such as an electrical or optical signal
  • the program according to the invention can be downloaded in particular on an Internet type network.
  • the invention therefore also relates to a computer program on an information carrier, said program comprising program instructions adapted to the implementation of a relay method of a digital signal according to the invention, when said program is loaded and executed in a relay intended for a MARC system for implementing the relaying method.
  • the invention further relates to an information carrier comprising program instructions adapted to the implementation of a method of relaying a digital signal according to the invention, when said program is loaded and executed in a relay for a MARC system for implementing the relaying method.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the basic topology of the MARC systems
  • FIG. 2 is a diagram showing a cooperation protocol of the prior art according to which the sources transmit during T transmission intervals and the relay cooperates after the end of each interval, which leads to a cooperation requiring T + 1 transmission intervals,
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the topology of a MARC system with N transmitters, a relay and a destination,
  • FIG. 4 is a diagram of an embodiment of the processing implemented by a source according to the invention.
  • FIG. 5 is a diagram of an embodiment of a relay according to the invention
  • FIG. 6 is a flowchart of the method according to the invention implemented by the relay R
  • FIG. 7 is a diagram of a embodiment of the DDU module for detecting and decoding a relay according to the invention
  • FIG. 8 is a graphical representation of the iterative structure of the DDU module used to decode the source S during the transmission intervals t e ⁇ l n,
  • FIG. 9 is a diagram of an embodiment of the ETU module for encoding and transmitting a relay according to the invention.
  • FIG. 10 represents an example of cooperation of the relay RL of a MARC system with two sources S 1 and S 2 when there is only one interval of transmission divided into B at intervals,
  • FIGS. 1 1 and 12 represent examples of cooperation of the relay R 2 of a MARC system with two sources S 1 and S 2 during the transmission intervals t 1,..., T each divided into B at intervals
  • FIG. 13 is a graphical representation of the iterative structure of the destination decoder used to decode the sources S 1 to S M during the transmission intervals of --Q + 1 to t.
  • the transmission channel There is no constraint on the transmission channel; it can be fast fading or slow fading, it can be frequency selective, and it can be MIMO.
  • the nodes sources, relays and destination
  • the sources are independent (there is no correlation between them).
  • a transmission cycle is broken down into T time slots.
  • the duration of a cycle depends on the parameterization of the MARC system and in particular on the MAC layer according to the seven-layer division of the OSI.
  • each source has a K-bit message to transmit.
  • CRC information is part of the K-bit message transmitted by a source and is used to determine whether a received message is correctly decoded.
  • the T messages of a source may be independent of each other or may be correlated and form a frame.
  • the sources emit simultaneously.
  • the relay attempts to transmit to the destination a useful signal representative of the estimated messages to assist communications between the sources and the destination.
  • F 2 is the Galois body with two elements, R is the real body and C is the body of the complexes.
  • Each transmission interval t, t ⁇ , ..., T, each source S of the M sources ⁇ 5 1 (5th 2, ..., M 5) has a jt message comprising K bits of information to be transmitted , jt £ F. Jt
  • the message includes a CRC type code that verifies the integrity of jt message.
  • Sources ⁇ S 1, S 2 -, S M ⁇ statistically independent perform coding of the message u s> t by means of an incremental redundancy code and convert it into n s bits Message jt rated st c £ F "5 .
  • the incremental redundancy code can be of systematic type, the information bits are then included in the first block: t E c st Whether the incremental redundancy code is systematic or not it is such that the first block c ⁇ t among the B blocks can be decoded independently of the other blocks
  • the highest coding efficiency at source S is K / n sl and it can not be larger than a, n if > K.
  • the coding efficiency minimum for a source S is K / n s .
  • Each block ⁇ c 1 ⁇ b B B ⁇ after the first block includes parity bits that add redundancy to the first block, each of the blocks ⁇ c 1: 1 ⁇ b B B] can be decoded together with the first block.
  • the incremental redundancy code can be realized in practice for example by means of a finite family of linear codes with compatible efficiency or non-efficient codes modified to work with finite lengths: code raptor (RC), turbo punched performance code compatible (rate compatible punctured turbo code, RCPTC), convolutional convolutional code of compatible performance (rate compatible punctured convolutional code, RCPCC), compatible performance LDPC (rate compatible low density check code).
  • code raptor RC
  • turbo punched performance code compatible rate compatible punctured turbo code
  • RCPTC rate compatible punctured turbo code
  • RCPCC convolutional convolutional code of compatible performance
  • compatible performance LDPC rate compatible low density check code
  • the interleavers make it possible to combat the fading that may occur during transmission through the channel and make it possible to give each source a footprint that facilitates the separation of the sources by the relay and by the destination.
  • X c C designates a complex signal of cardinality
  • the invention proposes a new approach to the cooperation of a relay of a system
  • MARC to help the transmitting sources and thus obtain an improvement of the spectral efficiency of the transmission while allowing a simple and effective decoding in the receiver of the recipient.
  • a relaying method according to the invention is implemented by the at least one full relay. duplex for a MARC system.
  • the relay comprises a detection and decoding module DDU followed by a decision module DU and an encoding and transmission module ETU.
  • the DDU detection and decoding module periodically delivers an estimated version of the decoded messages from the sources.
  • the decision module DU tests the CRC of the estimated messages provided by the DDU to determine the error-free decoded messages, decides whether the relay must transmit and which information it must transmit at each sub-interval during the T transmission intervals.
  • the ETU coding and transmission module ensures the transmission of the useful signal to the destination during the cooperation phase of the relay. The information included in the signal is selected by the decision module DU.
  • the method 1 comprises a decoding step 2, an error detection and decision detection step 3 and a coding and transmission step 4. receiver of a signal representative of the only messages decoded without error.
  • the error detection and decision step controls the coding and transmission and feeds according to a selection scheme after each received block the coding. According to one embodiment, the error detection and decision step also controls the decoding.
  • the decoding step 2 is implemented by the DDU module for detecting and decoding the relay.
  • the structure of the detection and decoding module DDU is illustrated in FIG. 7 and in simplified form for a source by FIG. 8.
  • the DDU module has an iterative structure consisting of a flexible multi-user detector (MUD) or in English terms -Saxon Soft In MUD Soft Out (SISO MUD) followed by as many soft channel decoders in parallel as sources ⁇ S 1 , S 2 , ..., S M ⁇ .
  • MUD flexible multi-user detector
  • SISO MUD English terms -Saxon Soft In MUD Soft Out
  • h s Rit £ C represents the channel gain between the source Sj and the relay R and n ⁇ £ Nb represents a Gaussian additive noise.
  • the DDU module uses the current b block and all previously received blocks y ⁇ Y ⁇ t '-' Y ⁇ t ⁇ T o obtain an estimate message, t ⁇ 3 ⁇ 4 2, t - - M, t sources.
  • the multi-user detector MUD calculates, in the form of a likelihood ratio (LLR Log-Likelihood-Ratio), the posterior probability (APP) of each interleaved coded bit of each source S:
  • LAPR LAPR provided by the SISO channel decoder of each source S at the previous iteration
  • a a c Q s]) is I e logarithm of the likelihood ratio, a priori, the first block.
  • the SISO channel decoder of the source S uses A a ([c i]) T o provide an estimated version of u st u st message to the module and to provide information extrinsic th vector of the extrinsic information is interleaved by the interleaver interleaver
  • SISO decoding of source 1 (after SISO decoding of source 1) is looped back to the input of multi-user detector SISO MUD ⁇ and marks the end of an iteration.
  • the iterations of the DDU stop either because they reach a maximum number of iterations or under control of the error detection and decision step. For example, the error detection and decision step no longer allows detection and decoding if all sources have been detected without error before the end of the transmission interval.
  • FIG. 8 illustrates in the form of a factor-graph the principle of multi-user detection and joint decoding. Since the variable nodes are represented by circles and the constraint nodes by squares, a constraint node is a function of the variable nodes that are attached to it. So, the constraint node represents the constraint function
  • the constraint node MUD ⁇ is linked to the variable nodes b ⁇ t , ..., b ⁇ t and the observation. As we are interested in the variable node t only the variable node is represented.
  • the so-called "Sum Product Algorithm" rules [1] make it possible to calculate the beliefs of a constraint node to a variable node by taking into account the incidental beliefs of the other variable nodes; this corresponds to an activation of the multiple user detection for the constraint node MUD ⁇ or to a decoding activation for the constraint node "SISO Source S decode" according to FIG. 7.
  • the beliefs / or probabilistic message are here the extrinsic information in the form of log likelihood ratios or in English terminology "extrinsic Log
  • the module DDU concatenates the following steps:
  • Step 3 of detecting messages decoded without errors and decision by the relay is implemented by the DU module.
  • step 3 detects the errors on the estimated messages û If t , û S2 t , ..., û SMit at the end of each transmission sub-period b £ ⁇ 1,2, ..., B ⁇ .
  • the error detection is performed by exploiting a CRC-type information included in the first of the B blocks from the sources.
  • the control of the coding and the transmission after each received block is such that:
  • the DU decides according to a selection scheme which messages decoded during the previous transmission intervals should be assisted. For example, only the last message decoded correctly can be helped or for example any set of decoded messages without error can be helped.
  • the module authorizes to help these sources i.e. allows the encoding and transmission implemented by the ETU for these sources.
  • the module DU commands the ETU module to help all the sources until the end of the current transmission interval ie the error detection and decision step authorizes the encoding and transmission of messages from all sources until the end of the current transmission interval.
  • the module DU commands the DDU module to stop processing the received signals i.e. the error detection and decision step prohibits decoding until the end of the current transmission interval.
  • the selection scheme is adapted according to the storage capacity of the relay, depending on the size of the sliding window when it is used by the recipient and depending on the amount of additional signaling necessary for the destination.
  • the selection schemes we can distinguish the two following extreme patterns.
  • This game is taken as input to the network coding (at a given transmission interval and a given sub-interval, the relayed information can be a function of any message transmitted by the sources).
  • Step 4 of coding and transmission to the recipient is implemented by the ETU coding and transmission module illustrated in FIG. 9.
  • This coding and transmission step encodes the messages decoded without error to transmit a signal representative of these only messages decoded without error.
  • the relay co-codes the only messages decoded without error by adding a clean redundancy creating a network code.
  • This coding and transmission step is under control of the error detection and decision step that allows or disables coding and selects sources to assist.
  • FIG. 10 shows the B transmission subintervals of the first transmission interval.
  • Each transmission sub-interval b corresponds to a block b of data.
  • the relay stops listening since it has decoded all the messages of the sources correctly and it helps the two sources by emitting a signal resulting from a network coding of the messages of S 1 and 5 2 .
  • the relay is capable of decoding without error S -1 and then S 2 at the end of the subintervals 3, respectively 5.
  • the relay is capable of error-free decoding the message of S 2 at the end of the sub-interval 4.
  • the protocol is therefore more efficient with respect to the channel occupancy and therefore the transmission capacity.
  • the module DU During each transmission interval t £ ⁇ 1, ..., T ⁇ and at the end of each sub-interval b £ ⁇ 1,..., B ⁇ , the module DU generally commands the module ETU to transmit a new transmission interval. signal generated from a new set J t sources decoded without error messages during different transmission intervals.
  • the relay interleaves at the input of the network encoder each message of this set / t by an interleaver n b , b , distinct between the blocks b and between the messages of the set J% > t .
  • the network coder is for example an exclusive OR on the interleaved messages u bnb ,
  • the output of the network encoder is a message of K bits of information noted u3 ⁇ 4 t £ F.
  • the message u3 ⁇ 4 t is interleaved by an interleaver noted ⁇ ⁇ ⁇ .
  • the noted interlaced Message t is converted by a channel encoder followed by a bit selection function into a sequence c t £ n R bits.
  • the sequence is interleaved by a distinct interleaver denoted Tl R t and then modulated to obtain the complex sequence x3 ⁇ 4 t £ X Nb in which I ci represents a complex signal of cardinality
  • 2 3 ⁇ 4 ⁇ .
  • the destination attempts to extract messages from each source and from the relay.
  • the sequence received during the transmission interval t £ ⁇ 1, ..., T ⁇ and during the block b £ ⁇ 1, 2, ..., B ⁇ is as follows:
  • h s £ C represents the channel gain between the source S t and the destination D
  • h ⁇ R, D, t e ⁇ represents the channel gain between the relay R and the destination D
  • £ € Nb is a noise vector
  • the destination may implement a sliding decoding window or "sliding window decoding” or may implement a so-called “backward” decoding.
  • the destination starts at the end of each transmission interval t £ [Q, ..., T ⁇ the decoding of the source messages to extract the QK bits of information from each source that are transmitted during the intervals t, t- 1, ..., t- (Q-1) with the aid of the relay message transmitted during intervals t, t-1, ..., t- (Q-1).
  • the size of the sliding window can be set to a maximum value and the destination can decide what is the optimum value based on the signaling coming from the relay. For example, if the maximum size is three and the destination knows that the relay does not help any source during the 1 st interval in the absence of decoded messages without error then the destination can start immediately the decoding of the 1 st interval. transmission without waiting for three transmission intervals.
  • the size of the sliding window of the destination may impact the relay selection scheme.
  • the selection scheme may be such that the relay does not help the decoded messages without error on the intervals which precede the interval t- (Q-1), Le., The messages decoded during the intervals £ ⁇ 1, ..., t-Q ⁇ .
  • Fig. 13 shows the structure of the destination decoder as a graph factor during the sliding window Q which covers all transmission intervals from t- (Q-1) to t.
  • the decoding chains of the sequences received from the relay are activated by switching, for example, switches to make the active channels as a function of signaling information giving each sub-interval, that is to say at each block, the indication of a transmission or not of the relay. All blocks and messages received during the Q window are decoded together.
  • the sub-module controlled connection matrix matrix and network interleavers performs the connections between the variable nodes that represent the source messages and the variable nodes that represent the sequences generated by the relay at each sub-interval of each interval.
  • This submodule receives as input signaling information from the relay indicating at each sub-interval the selection scheme used by the relay. Beliefs in the form of LLRs concerning the different variable nodes are exchanged within the graph factor until convergence.
  • This decoding scenario is adapted when the T messages of a source form a frame (or super message) that makes it unnecessary to decode a message before decoding the other messages.
  • the constraint node MUD ⁇ is linked to the variable nodes b ⁇ t , ..., b ⁇ t , b ⁇ and the observation y ⁇ .
  • only one activation of the multiple user detection associated with the MU D constraint node makes it possible to generate the beliefs (or extrinsic LLRs) to all the associated variable nodes taking into account the observation and the incidental beliefs.
  • the decoder of FIG. 13 can be clocked as follows.
  • Step 1 all MUD multi-user detectors are activated according to the received signal: 1 L 0 J v JD (1 , t ) - ( ⁇ Qi v JD (s , t ) - (Ql)> v JD (1 .t ) ' ⁇ ' v JD (s .t ) ⁇
  • step 2 the variable nodes representing the network coded messages coming from the relay receive the beliefs on their values by activating their corresponding interleavers and SISO modules.
  • step 3 the variable nodes representing the source messages receive beliefs about their values by activating on the one hand their corresponding interleavers and SISOs and on the other hand the sub-module controlled connection matrix and network interleavers.
  • Step 4 based on the beliefs received from the variable nodes of the source messages, the destination checks whether the messages u 5i ⁇ _ ( - ⁇ _ 1 - ) , 2 ⁇ _ ( - ⁇ _ 1 - ) ..., ⁇ ⁇ _ ( - ⁇ _ 1 - ) are decoded correctly or not. If correctly decoded, the destination stops the 0 decoding iterations on this sliding window and slips the window to the next window (from t- (Ql) + l to t + 1). Otherwise, the process proceeds to step 5.
  • step 5 the variable nodes representing the network-encoded messages of the relay receive the beliefs on their values of the sub-module controlled connection matrix and network interleavers.
  • Step 6 the multi-user detectors MUD receive beliefs about 5 bits forming the modulated signals ⁇ - ⁇ - i ⁇ > Y ⁇ t- (Qi) '- YD ⁇ Î' - ⁇ YD ⁇ t ' ⁇ > these are obtained from activation of the interleavers and SISO modules associated with the network coded messages and the source messages.
  • Steps 1 to 6 are repeated until a maximum number of iterations or until the loop is reached in step 4.
  • the destination can be part of several MARC systems that share the same sources, the same destination and have different relays, these relays using different radio resources to each other.
  • the constraint node MUD ⁇ is linked to the variable nodes b ⁇ t , ... t , b ⁇ t , b ⁇ t and to the observation y ⁇ - It comes that the left part of Figure 13 is duplicated by replacing R with R '.
  • An activation of the multiple user detection associated with the MU constraint node makes it possible to generate the beliefs (or extrinsic LLRs) to all the associated variable nodes b ⁇ t , ..., b ⁇ t , b ⁇ , b ⁇ t taking into account observation and incidental beliefs.
  • the sources are for example users who seek to transmit messages to a common destination which is for example a base station of a mobile access network.
  • the sources help a relay that can be a base station lightened or for example one of the sources in the case where the latter is on the path between the sources and the base station.
  • the sources may just as well be base stations that serve the same destination.
  • the two sources correspond to two mobile terminals.
  • the two sources can correspond to two different services accessible from the same terminal but in this case, the terminal is equipped with at least two antennas which determine two different propagation channels between the terminal and the relay and between the terminal. terminal and the destination.
  • nnel to an observation that generally corresponds to a received signal.

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Abstract

L'invention concerne un relais full-duplex destiné à un système de télécommunication comprenant plusieurs sources, le relais et un destinataire, mettant en œuvre un procédé de relayage. Le relais (R) comprend : - un moyen (DDU) de décodage pour estimer par source, à partir de blocs reçus correspondant à des mots de code x s,t successifs émis simultanément par les sources pendant T intervalles de transmission, tels qu'à chaque intervalle de temps t, t = 1,..., T, un mot de code x s,t comprend B blocs, Formule (I), dont le premier bloc peut être décodé de manière indépendante des autres blocs, un mot de code x s,t codant un message u s,t de K bits, un moyen (DU) de détection des messages décodés sans erreurs et de décision par le relais, un moyen (ETU) de codage et de transmission vers le destinataire d'un signal représentatif des seuls messages décodés sans erreur. Le moyen (ETU) de codage et de transmission est sous contrôle du moyen (DU) de détection d'erreur et de décision conformément à un schéma de sélection, après chaque bloc reçu.

Description

Procédé de transmission dynamique et sélectif FD-DSDF d'un signal numérique pour un système MARC avec un relais full-duplex, produit programme et dispositif relais
correspondants
Domaine de l'invention
De manière générale, la présente invention concerne le domaine des communications numériques. Plus précisément, le domaine de l'invention est celui de la transmission de données codées dans un réseau MARC (Multiple -Access Relay Channel). Un réseau MARC est un système de télécommunication qui, pour une destination donnée, comprend au moins trois nœuds : au moins deux émetteurs et un relais. Plus précisément, l'invention se rapporte au relayage et elle concerne l'amélioration de la qualité de la transmission des données, et en particulier l'amélioration des performances du décodage correcteur d'erreurs dans un récepteur (destination). Le relayage est mis en œuvre par un relais qui coopère avec les sources pour obtenir une communication plus fiable entre les sources et la destination.
L'invention s'applique notamment, mais non exclusivement, à la transmission de données via des réseaux mobiles, par exemple pour des applications temps réel. Elle s'applique plus particulièrement aux relais dits « Full Duplex » (FD) avec des liens entre les nœuds qui sont aussi bien non orthogonaux (avec interférences) que semi-orthogonaux (avec certaines interférences) ou orthogonaux (sans interférence). Dans la demande le lien est le canal de communication entre deux ou plusieurs nœuds, il peut être physique ou logique. Lorsque le lien est physique alors il est généralement appelé canal.
Art antérieur
Les réseaux, en particulier mobiles, sont à la recherche de gains significatifs en termes de capacité, de fiabilité, de consommation et autres. Le canal de transmission d'un réseau mobile est réputé difficile et conduit à une fiabilité de transmission relativement médiocre. Des progrès importants ont été réalisés ces dernières années, en matière de codage et de modulation, notamment pour des considérations de consommation et de capacité. En effet, dans un réseau mobile où plusieurs émetteurs/récepteurs partagent les mêmes ressources (temps, fréquence et espace) il faut réduire au maximum la puissance d'émission.
Cette réduction va à l'encontre de la couverture et donc de la capacité du système et plus généralement de ses performances.
Pour augmenter la couverture, fiabiliser les communications et plus généralement améliorer les performances, une approche consiste à s'appuyer sur des relais pour augmenter l'efficacité spectrale {gain de codage) et donc améliorer l'efficacité de transmission et la fiabilité des systèmes {gain de diversité). La topologie de base des systèmes MARC illustrée par la figure 1 est telle que les sources, nœuds Si et S2, diffusent leurs séquences d'informations codées à l'attention du relais R et du destinataire D. Le relais décode les signaux reçus issus des sources Si et S2 et ré-encode conjointement ceux-ci en ajoutant une redondance propre créant un code de réseau spatialement distribué vu du récepteur D. A la destination D, le décodage des trois séquences codées spatialement distribuées, comprenant les deux séquences codées reçues issues directement des sources SI et S2 et la séquence codée issue du relais, repose sur des algorithmes de décodage conjoint canal et réseau.
Le codage de réseau est une forme de coopération selon laquelle les nœuds du réseau partagent non seulement leurs ressources propres (puissance, bande, etc.) mais également leur capacité de calcul, pour créer un codage distribué de plus en plus puissant au fur et à mesure que l'information se propage à travers les nœuds. Il amène des gains substantiels en termes de diversité et de codage et donc de fiabilité de transmission.
On distingue deux types de fonctionnement pour le relais : le mode half-duplex et le mode full-duplex. L'invention s'applique aux relais full duplex.
Selon le mode full-duplex, le relais reçoit les nouveaux blocs d'information de la part des deux sources et transmet simultanément au destinataire une information basée sur les blocs reçus précédemment ; le relais peut donc recevoir et émettre simultanément sur une même bande fréquentielle ou sur des bandes différentes. Comparativement au relais half-duplex, le relais full- duplex permet d'atteindre une capacité plus grande.
La demande de brevet WO 2011033237 porte sur un système MARC avec un relais full duplex et mettant en œuvre un protocole de transmission de type chaîne de Markov. Selon ce protocole, la destination observe une superposition des informations codées par bloc émanant des deux sources Si, S2 et de l'information codée du bloc précédent émanant du relais. Par suite, le traitement à la réception doit exploiter conjointement plusieurs blocs successifs. Selon le protocole mis en œuvre illustré par la figure 2, chaque source a T messages de K bits chacun à transmettre pendant un intervalle de transmission t (time slots), t £ {1, ... , T}. A la fin de chaque intervalle de transmission t où t £ {Ι, .,. , Τ}, le relais Ri essaye de décoder les messages des sources et de transmettre pendant l'intervalle de transmission t + 1 le résultat d'une fonction déterministe des messages décodés. Le protocole nécessite donc T + 1 intervalles de transmission pour transmettre les T messages. La destination tente de décoder les messages des sources à la fin de l'intervalle de transmission T + 1 en utilisant les signaux transmis pendant toute la période de ces T + 1 intervalles de transmission. Un tel protocole est complexe à mettre en œuvre lorsque le relais effectue un décodage de type souple avec transmission des rapports logarithmique de probabilités (LLR) vers la destination. La demande de brevet WO2012022905 porte sur un système MARC mettant en œuvre un protocole de relayage qui ne transmet pas les mots décodés avec erreur selon une technique dite SDF Sélective Décode and Forward. La détection d'erreur au relais est basée sur une vérification du CRC (abréviation de Cyclic Redundancy Check ) inclus dans les messages sources. Ce protocole permet de diminuer la complexité du décodage à la destination et au relais tout en conservant une capacité élevée lorsque le protocole est mis en œuvre avec un relais full duplex (FD abréviation de Full duplex). En référence à la figure 2, si le relais a décodé correctement les sources à la fin de l'intervalle de transmission t alors il transmet pendant l'intervalle t + 1 un signal utile pour aider les deux sources. Si seule une source est correctement décodée alors le signal est représentatif de seulement cette source. Si aucune source n'est correctement décodée alors le relais reste silencieux.
Caractéristiques principales de l'invention
L'invention se rapporte à la transmission d'un signal numérique dans un réseau à au moins quatre nœuds comprenant deux émetteurs, un relais et un destinataire permettant d'optimiser la capacité de transmission lorsque le relais est full duplex, qui peut donc recevoir et transmettre simultanément, tout en limitant la complexité de décodage au relais et à la destination.
L'invention a pour objet un procédé de relayage mis en œuvre par un relais full-duplex destiné à un système de télécommunication comprenant plusieurs sources, le relais et un destinataire. Le procédé comprend :
- une étape de décodage pour estimer par source, à partir de blocs reçus correspondant à des mots de code xs t successifs émis simultanément par les sources pendant Γ intervalles de transmission, tels qu'à chaque intervalle de transmission t, t=\,...,T, un mot de code xs t comprend B blocs
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dont le premier peut être décodé de manière indépendante des autres blocs, un mot de code xs t codant un message jt de K bits,
- une étape de détection des messages décodés sans erreurs et de décision par le relais,
- une étape de codage et de transmission vers le destinataire d'un signal représentatif des seuls messages décodés sans erreur.
Le procédé est tel que le codage et la transmission sont sous contrôle de l'étape de détection des messages décodés sans erreur et de décision conformément à un schéma de sélection, après chaque bloc reçu.
L'invention a en outre pour objet un relais full-duplex destiné à un système de télécommunication comprenant plusieurs sources, le relais et un destinataire. Ce relais comprend : - un moyen de décodage pour estimer par source, à partir de blocs reçus correspondant à des mots de code xs t successifs émis simultanément par les sources pendant T intervalles de transmission, tels qu'à chaque intervalle de temps t, t = 1, ... , T, un mot de code x5 t comprend B blocs χ^, χ^, ... , χ^, dont le premier bloc peut être décodé de manière indépendante des autres blocs, un mot de code xs t codant un message t de K bits,
- un moyen de détection des messages décodés sans erreurs et de décision par le relais,
- un moyen de codage et de transmission vers le destinataire d'un signal représentatif des seuls messages décodés sans erreur.
Le relais est tel que le moyen de codage et de transmission est sous contrôle du moyen de détection d'erreur et de décision conformément à un schéma de sélection, après chaque bloc reçu.
Ainsi, le relais fait partie d'un système MARC qui comprend au moins deux sources (émetteurs) et la destination. Le système MARC peut comprendre plus de deux émetteurs (sources). Les émetteurs émettent simultanément à destination d'un même récepteur (destination) ce qui permet d'utiliser au maximum la ressource spectrale commune.
L'émission par les sources peut intervenir de manière simultanée sur une même ressource radio (temps et fréquence) ce qui permet d'utiliser au maximum la ressource spectrale commune ; les liens sources relais sont dans ce cas non orthogonaux. Il y a donc interférence entre les signaux reçus par le relais et entre les signaux reçus par la destination du fait de la superposition des signaux sources lors de la transmission d'une part entre les sources et le relais et d'autre part entre les sources et la destination (le récepteur).
Selon un mode de réalisation, les sources émettent simultanément sur une même ressource radio, l'étape de décodage au relais est itérative et comprend une détection conjointe et un décodage conjoint. La détection et le décodage conjoints dans le relais permettent de séparer les flux émis simultanément par les émetteurs.
Dans le cas où les sources émettent simultanément mais sur des ressources spectrales différentes, l'étape de détection et de décodage conjoint itératif n'est pas nécessaire au relais. Dans ce cas, le relais peut décoder chaque message des sources à partir de séquences reçues sans interférence entre les sources. Les liens sources relais sont dans ce cas orthogonaux.
Le relais peut éventuellement recevoir et émettre sur des bandes de fréquence différentes. Cette séparation de bandes est plus particulièrement intéressante pour un système MARC à un seul relais. Une telle configuration permet d'utiliser une antenne de réception dédiée et permet avant tout de simplifier les traitements de réception en limitant les perturbations dues à l'émission simultanée du relais dans la même bande.
L'utilisation d'un codage à la source (émetteurs) selon lequel le premier bloc peut être décodé de manière indépendante des autres blocs évite la nécessité d'un intervalle de transmission supplémentaire ; la transmission de T messages pour chaque émetteur est faite en T intervalles de transmission. Le codage à la source peut être selon un codage de type redondance incrémentale finie.
Le codage au relais qui comprend un codage réseau et un codage canal permet de faire bénéficier à l'ensemble des émetteurs dispersés du gain de codage d'un code réseau spatialement distribué sans diminuer l'efficacité spectrale. Ceci permet de mettre en œuvre dans le récepteur un décodage itératif qui s'appuie sur une redondance générée dans le relais sans nécessiter d'augmenter la puissance dans les émetteurs pour atteindre une augmentation de la couverture du système et de l'efficacité spectrale.
Le protocole de transmission évite la propagation d'erreur de transmission introduite plus particulièrement lorsque les liens émetteurs vers relais sont peu fiables en ne transmettant pas les messages détectés avec erreur. L'entrelacement des messages détectés sans erreur est une technique connue nécessaire pour réaliser conjointement le décodage canal des signaux des émetteurs et du signal du relais à la destination.
Le protocole contribue à une réduction de la consommation d'énergie en luttant contre la propagation d'erreurs et en luttant efficacement contre les interférences (quand il coopère le relais transmets toujours une information utile).
Le protocole permet d'atteindre un débit maximal en commandant le codage et la transmission sans attendre que les messages de tous les émetteurs soient décodés sans erreur et sans attendre la fin de l'intervalle de transmission ou sans attendre le dernier intervalle de transmission. Ainsi, le relais transmet pendant un intervalle de transmission une redondance portant sur un message décodé sans erreur pendant le même intervalle de transmission. Il y a alors transmission quasi immédiate à la destination d'une redondance supplémentaire déterminée par le relais et ceci tout en poursuivant le décodage par le relais des messages provenant des autres émetteurs ce qui n'est pas possible avec un relais de type half duplex. Le protocole est particulièrement performant puisqu'en exploitant totalement la propriété du relais full duplex de pouvoir recevoir et émettre simultanément il ne nécessite pas de seuil portant sur un nombre d'intervalles de transmission pour décider d'un basculement entre la détection et le codage des messages détectés sans erreur.
Dans le cas où les différents messages transmis par les émetteurs sont indépendants entre eux, le protocole évite l'introduction d'une latence inutile dans le traitement à la réception de ces messages comme peut le faire l'art antérieur en attendant la fin de l'intervalle de transmission T+l pour tenter de décoder l'ensemble des messages ou en attendant au relais qu'un certain nombre d'intervalles de transmission soit écoulé avant de passer au codage. Au lieu d'être silencieux lors d'un intervalle de transmission t £ {2, ... , T) en l'absence d'un message décodé sans erreur à la fin de l'intervalle de transmission t— 1, le relais peut aider n'importe quel message décodé sans erreur antérieurement c'est-à-dire pendant les intervalles 1, ... , t— 1. Le protocole de transmission selon l'invention assure ainsi une exploitation totale des capacités full duplex d'un relais et conduit à une capacité optimale de transmission.
Les relais peuvent tout aussi bien être des relais fixes que des relais mobiles. Compte tenu de la densité de communications à transmettre dans des zones fortement peuplées, le nombre de relais peut être important et très supérieur à deux. En effet, pour couvrir de telles zones, des relais fixes peuvent être utilisés de préférence à des stations de base dont le coût peut être nettement supérieur. De manière alternative, des relais mobiles peuvent être utilisés. Ces relais mobiles sont typiquement des terminaux mobiles.
Selon un mode de réalisation, la détection de messages décodés sans erreurs est effectuée au moyen d'un code de type CRC inclus dans les messages t de K bits.
Selon un mode de réalisation, les messages décodés sans erreur sont mémorisés.
En mémorisant les messages décodés sans erreur, le relais peut utiliser plusieurs fois c'est-à- dire pendant plusieurs intervalles de transmission un même message décodé sans erreur pour générer le signal vers le destinataire.
Selon un mode de réalisation, en l'absence de message décodé sans erreur pendant un intervalle de transmission t courant, l'étape de détection d'erreur et de décision autorise le codage et la transmission d'un message décodé sans erreur pendant un intervalle de transmission précédent.
Ainsi, au lieu d'être silencieux pendant les intervalles suivants l'intervalle t courant en attendant de décoder correctement le message d'une autre source, le relais peut continuer à transmettre la redondance déterminée sur le message de la source décodée sans erreur pendant un intervalle précédent 1, ... , t— 1.
Selon un mode de réalisation, la décision autorise le codage et la transmission d'un message dès qu'il est décodé sans erreur.
Ainsi, le relais selon l'invention transmet sans délai à la destination, c'est-à-dire sans attendre la fin de l'intervalle de transmission, une redondance se rapportant à la source décodée sans erreur permettant ainsi d'aider la destination à décoder cette même source. Ce gain apporté pour une source peut bénéficier aux autres sources. En effet, en libérant des moyens de décodage aussi bien au relais qu'à la destination pour les concentrer sur les sources non encore correctement décodées, le protocole augmente la probabilité de décoder sans erreur toutes les sources.
Selon un mode de réalisation, la détection et le décodage sont sous contrôle de l'étape de détection des messages décodés sans erreurs et de décision conformément à un schéma de sélection, après chaque bloc reçu.
Selon ce mode, la détection et le décodage peuvent être adaptée en fonction de la détection d'erreur.
Selon un mode de réalisation, si tous les messages sont décodés sans erreur pendant un intervalle de transmission t courant, l'étape de détection des messages décodés sans erreurs et de décision stoppe la détection et le décodage jusqu'à la fin de l'intervalle de transmission courant et autorise le codage et la transmission.
Ce mode permet plus particulièrement d'accentuer la réduction de la consommation d'énergie en évitant toute dépense inutile des moyens de détection et de décodage. Il permet en outre de concentrer l'énergie du relais sur d'autres moyens.
Selon un mode de réalisation, le schéma de sélection est tel qu'à chaque intervalle de transmission t courant, le signal transmis est représentatif des messages décodés sans erreur jusqu'à l'intervalle de transmission t courant.
Ainsi, le destinataire peut bénéficier de plusieurs redondances différentes pour un même message correctement décodé par le relais. L'exploitation de ces différentes occurrences par le destinataire contribue à une augmentation de la probabilité à décoder correctement les messages reçus.
Selon un mode de réalisation, le schéma de sélection est tel que pendant chaque intervalle de transmission t courant, le signal transmis est représentatif des messages qui ont été décodés sans erreur uniquement pendant l'intervalle de transmission t courant.
Ce mode a l'avantage d'être simple car il nécessite peu de signalisation.
Selon un mode de réalisation, l'étape de codage et de transmission comprend un entrelacement par source pour laquelle un message est décodé sans erreur avant un codage réseau.
L'entrelacement en entrée du codage réseau permet d'avoir à la destination une structure similaire à une concaténation parallèle (similaire à un turbo-code distribué). En fonction du type de décodage du codage réseau à la destination les entrelacements peuvent être distincts ou pas entre les sources.
Selon un mode de réalisation, l'étape de codage et de transmission comprend un codage réseau suivi d'un premier entrelacement, d'un codage canal et d'un deuxième entrelacement distinct du premier. Le deuxième entrelacement permet d'attribuer une certaine signature au signal transmis par le relais qui permet de le distinguer des signaux transmis simultanément par les émetteurs. Après séparation du signal transmis par le relais, le premier entrelacement éventuellement variable en fonction du bloc permet une séparation (au sens de l'indépendance statistique) entre le codage réseau et le codage canal.
Selon un mode de réalisation, le relais full-duplex comprend en outre un moyen de mémorisation des messages décodés sans erreur.
Selon un mode de réalisation, le relais full-duplex est tel que le moyen de décodage est sous contrôle du moyen de détection d'erreur et de décision conformément à un schéma de sélection, après chaque bloc reçu.
Selon un mode de réalisation, le relais full-duplex est tel que le moyen de codage et de transmission comprend un entrelaceur par source pour laquelle un message est décodé sans erreur en entrée d'un codeur réseau.
Selon un mode de réalisation, le relais full-duplex est tel que le moyen de codage et de transmission comprend un codeur réseau suivi d'un premier entrelaceur, d'un codeur canal et d'un deuxième entrelaceur distinct du premier.
Les avantages du relais full duplex sont les mêmes que ceux du procédé de relayage. Par conséquent, ils ne sont pas détaillés.
L'invention a en outre pour objet un système MARC dans lequel le relais est un relais full duplex selon un objet de l'invention.
L'invention a en outre pour objet un procédé de réception destiné à un récepteur d'au moins un système MARC destiné à mettre en œuvre un procédé de relayage selon l'invention. Le procédé de réception comprend :
- une détection et un décodage conjoints des blocs provenant des sources et des messages provenant du relais, effectués de manière itérative à la fin de chaque intervalle de transmission t tel que t £ {Q, ... , T] sur une durée d'une fenêtre glissante de longueur Q, Q £ {1, ... , T}, avec propagation de probabilités entre les itérations pour estimer Q messages par source.
Le procédé de réception est tel que le décodage des messages du relais est configuré à chaque sous intervalle de transmission selon une information de signalisation provenant du relais indiquant si le relais coopère sur ce bloc b, b = 1, ... B et tel que la propagation des probabilités est configurée à chaque bloc b, b = 1, ... B selon une information de signalisation provenant du relais indiquant le schéma de sélection du relais. L'invention a en outre pour objet un récepteur destiné à au moins un système MARC destiné à mettre en œuvre un procédé de relayage selon l'invention. Le récepteur comprend :
- un moyen de détection et un moyen de décodage conjoints des blocs provenant des sources et des messages provenant du relais, la détection et le décodage étant effectués de manière itérative à la fin de chaque intervalle de transmission t tel que t £ {Q, ... , T] sur une durée d'une fenêtre glissante de longueur Q, Q £ {1, ... , T}, avec propagation de probabilités entre les itérations pour estimer Q messages par source.
Le récepteur est tel que le décodage des messages du relais est configuré à chaque sous intervalle de transmission selon une information de signalisation provenant du relais indiquant si le relais coopère sur ce bloc b, b = 1, ... B et tel que la propagation des probabilités est configurée à chaque bloc b, b = 1, ... B selon une information de signalisation provenant du relais indiquant le schéma de sélection du relais.
L'invention a en outre pour objet un procédé de transmission d'un signal numérique destiné à un système de télécommunication comprenant plusieurs sources ({Si, S2<■■■,¾}), le relais et un destinataire mettant en œuvre un code de réseau spatialement distribué, comprenant par source :
- une étape de codage de messages jt comprenant un CRC en des mots de code cs,t>
- une étape d'émission des mots de code cs t pendant T intervalles de transmission à destination du relais et du destinataire.
Le procédé de transmission est tel que le codage est de type à redondance incrémentale finie et délivre à chaque sous intervalle de transmission b = 1,2, ... , B d'un intervalle de transmission un bloc tel que les B blocs successifs {c^ : 1 < b≤ B} forment le mot de code cs t, tel que le premier bloc peut être décodé de manière indépendante des autres blocs et tel que les blocs suivants sont des bits de parité qui ajoutent une redondance au premier bloc.
L'invention a en outre pour objet un émetteur d'un signal numérique destiné à un système de télécommunication comprenant plusieurs sources, le relais et un destinataire mettant en œuvre un code de réseau spatialement distribué, comprenant par émetteur :
- un codeur de messages jt comprenant un CRC en des mots de code cs t,
- un émetteur des mots de code cs t pendant T intervalles de transmission à destination du relais et du destinataire.
L'émetteur est tel que le codeur est de type à redondance incrémentale finie et délivre à chaque sous intervalle de transmission b = 1,2, ... , B d'un intervalle de transmission un bloc tel que les B blocs successifs {c^ : l≤ b≤B} forment le mot de code cs t, tel que le premier bloc peut être décodé de manière indépendante des autres blocs et tel que les blocs suivants sont des bits de parité qui ajoutent une redondance au premier bloc.
Selon une implémentation préférée, les étapes du procédé de relayage sont déterminées par les instructions d'un programme de relayage incorporé dans un ou plusieurs circuits électronique telles des puces elle-même pouvant être disposées dans des dispositifs électroniques du système MARC. Le procédé de relayage selon l'invention peut tout aussi bien être mis en œuvre lorsque ce programme est chargé dans un organe de calcul tel un processeur ou équivalent dont le fonctionnement est alors commandé par l'exécution du programme.
En conséquence, l'invention s'applique également à un programme d'ordinateur, 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.
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.
D'autre part, le programme peut être traduit en une forme transmissible telle 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.
L'invention a donc en outre pour objet un programme d'ordinateur sur un support d'informations, ledit programme comportant des instructions de programme adaptées à la mise en œuvre d'un procédé de relayage d'un signal numérique selon l'invention, lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans un relais destiné à un système MARC destiné à mettre en œuvre le procédé de relayage.
Et l'invention a en outre pour objet un support d'informations comportant des instructions de programme adaptées à la mise en œuvre d'un procédé de relayage d'un signal numérique selon l'invention, lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans un relais destiné à un système MARC destiné à mettre en œuvre le procédé de relayage.
Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels :
la figure 1 est un schéma illustrant la topologie de base des systèmes MARC,
la figure 2 est un schéma représentant un protocole de coopération de l'art antérieur selon lequel les sources transmettent pendant T intervalles de transmission et le relais coopère après la fin de chaque intervalle ce qui conduit à une coopération nécessitant T + 1 intervalles de transmission,
la figure 3 est un schéma illustrant la topologie d'un système MARC à N émetteurs, un relais et une destination,
la figure 4 est un schéma d'un mode de réalisation du traitement mis en œuvre par une source selon l'invention,
la figure 5 est un schéma d'un mode de réalisation d'un relais selon l'invention, la figure 6 est un organigramme du procédé selon l'invention mis en œuvre par le relais R, la figure 7 est un schéma d'un mode de réalisation du module DDU de détection et de décodage d'un relais selon l'invention,
- la figure 8 est une représentation sous forme de facteur graphe de la structure itérative du module DDU utilisée pour décoder la source S pendant les intervalles de transmission t e {l n,
la figure 9 est un schéma d'un mode de réalisation du module ETU de codage et de transmission d'un relais selon l'invention,
- la figure 10 représente un exemple de coopération du relais R-L d'un système MARC à deux sources S-^ et S2 lorsqu'il n'y a qu'un seul intervalle de transmission divisé en B sous intervalles,
les figures 1 1 et 12 représentent des exemples de coopération du relais R-^ d'un système MARC à deux sources S1 et S2 pendant les intervalles de transmission t £ {1, ... , T} chacun divisé en en B sous intervalles
la figure 13 est une représentation sous forme de facteur graphe de la structure itérative du décodeur de la destination utilisée pour décoder les sources S1 à SM pendant les intervalles de transmission de £— Q + 1 à t.
Description de modes de réalisation particuliers Le contexte de l'invention est celui où plusieurs sources (émetteurs) Si,...,SM veulent envoyer leurs messages respectifs à une destination commune D avec l'aide d'un relais R full duplex comme illustré par la figure 3.
Il n'y a aucune contrainte sur le canal de transmission ; il peut être à évanouissement rapide (fast fading) ou lent (slow fading), il peut être sélectif en fréquence, et il peut être MIMO. Dans la suite de la description, les nœuds (sources, relais et destination) sont supposées parfaitement synchronisés et les sources sont indépendantes (il n'y a pas de corrélation entre elles).
Un cycle de transmission est décomposé en T intervalles de transmission (time slots). La durée d'un cycle dépend du paramétrage du système MARC et en particulier de la couche MAC selon le découpage en sept couches de l'OSI. A chaque intervalle de transmission, chaque source a un message de K bits à transmettre. Une information de type CRC fait partie du message de K bits transmis par une source et est utilisée pour déterminer si un message reçu est correctement décodé. Les T messages d'une source peuvent être indépendants entre eux ou peuvent être corrélés et former une trame.
Les sources émettent simultanément. Le relais tente de transmettre à la destination un signal utile représentatif des messages estimés pour aider les communications entre les sources et la destination.
F2 est le corps de Galois à deux éléments, R est le corps des réels et C est le corps des complexes.
Le schéma de transmission aux sources est illustré par la figure 4.
A chaque intervalle de transmission t, t=\,...,T, chaque source S parmi les M sources {51( 52, ... , 5M) a un message jt comportant K bits d'information à transmettre, jt £ F . Le message jt comprend un code de type CRC qui permet de vérifier l'intégrité du message jt.
Les sources {S1, S2,— , SM} statistiquement indépendantes effectuent un codage du message us>t au moyen d'un code à redondance incrémentale et transforment le message jt en ns bits notés cs t £ F"5. Le mot cs t de code obtenu est segmenté en B blocs de redondance, chacun transmis pendant un sous intervalle, notés E F s'b avec b = 1,2, ... , B. Chaque bloc comprend nS b bits, ns =∑ =1 n5 ù. Le code à redondance incrémentale peut être de type systématique, les bits d'information sont alors inclus dans le premier bloc : t E cs t . Que le code à redondance incrémentale soit ou pas de type systématique, il est tel que le premier bloc c< t parmi les B blocs peut être décodé de manière indépendante des autres blocs. Le rendement de codage le plus élevé à la source S est K/ns l et il ne peut pas être plus grand que un, ns i > K. Le rendement de codage minimum pour une source S est K/ns. Chaque bloc {c^ l < b≤ B} après le premier bloc comprend des bits de parité qui ajoutent une redondance au premier bloc, chacun des blocs {c^ : 1 < b≤ B] peut être décodé conjointement avec le premier bloc.
Le code à redondance incrémentale peut être réalisé en pratique par exemple au moyen d'une famille finie de codes linéaires poinçonnés à rendements compatibles ou de codes sans rendement modifiés pour fonctionner avec des longueurs finies : code raptor (RC), turbo code poinçonné de rendement compatible (rate compatible punctured turbo code, RCPTC), code convolutionnel poinçonné de rendement compatible (rate compatible punctured convolutional code, RCPCC), LDPC de rendement compatible (rate compatible low density check code).
Chaque bloc est entrelacé par un entrelaceur distinct noté
Figure imgf000015_0001
le mot de code après entrelacement est noté bs t=[b^ , ... , b^]. Les entrelaceurs permettent de lutter contre les évanouissements qui peuvent intervenir lors de la transmission par le canal et permettent de donner à chaque source une empreinte qui facilite la séparation des sources par le relais et par la destination. Chaque partie entrelacée du mot de code est modulée pour obtenir un mot de code complexe xs t=[x^ , χ^ , ... , χ^] avec χ^ E XNb, b = 1,2, ... , B où X c C désigne un signal complexe de cardinalité |X| = 2qs et où Nb = nS b/qs.
Chaque source S parmi les M sources [S1, S2, ... , SM} peut utiliser un rendement minimum de codage K/ns et un ordre de modulation qs différents de ceux des autres sources dans la mesure où les nombres de sous intervalles de transmission des mots de code complexes émis sont identiques entre les sources : nS b/qs = Nb, b = 1,2, ... , B.
Chaque source S émet le mot de code xs t=[x^ , χ^ , ... , χ^] composé de B blocs pendant un intervalle de transmission qui se décompose en B sous intervalles. Quel que soit b, 1 < b≤ B , la concaténation (ou accumulation) des blocs 1 à b est elle-même un mot de code puisque issue du codeur à redondance incrémentale.
Pour simplifier la structure de réception du relais et de la destination, les sources décrites ont des entrelaceurs, un codeur et un modulateur qui ne varient pas en fonction de l'intervalle de transmission t, t=\,...,T mais qui peuvent tout aussi bien être variables.
L'invention propose une nouvelle approche de la coopération d'un relais d'un système
MARC pour aider les sources qui transmettent et obtenir ainsi une amélioration de l'efficacité spectrale de la transmission tout en permettant un décodage simple et efficace dans le récepteur du destinataire.
Un procédé de relayage selon l'invention est mis en œuvre par le au moins un relais full- duplex destiné à un système MARC.
Ce relais R selon l'invention est illustré par la figure 5. Le relais comprend un module de détection et de décodage DDU suivi d'un module de décision DU et d'un module de codage et de transmission ETU. Le module de détection et de décodage DDU délivre périodiquement une version estimée des messages décodés des sources. Le module de décision DU teste le CRC des messages estimés fournis par le module DDU pour déterminer les messages décodés sans erreur, décide si le relais doit transmettre et quelle information il doit transmettre à chaque sous intervalle pendant les T intervalles de transmission. Le module de codage et de transmission ETU assure la transmission du signal utile à la destination pendant la phase de coopération du relais. Les informations incluses dans le signal sont sélectionnées par le module de décision DU.
Un organigramme du procédé mis en œuvre par le relais R est illustré par la figure 6. Le procédé 1 comprend une étape 2 de décodage, une étape 3 de détection d'erreurs et de décision et une étape 4 de codage et de transmission vers le destinataire d'un signal représentatif des seuls messages décodés sans erreur. L'étape de détection d'erreur et de décision contrôle le codage et la transmission et alimente conformément à un schéma de sélection après chaque bloc reçu le codage. Selon un mode de réalisation, l'étape de détection d'erreur et de décision contrôle en outre le décodage.
L'étape 2 de décodage est mise en œuvre par le module DDU de détection et de décodage du relais. Cette étape de détection et de décodage fournit une estimation des messages à partir des mots reçus correspondant aux mots émis xSit=[x^, x^, ... , x t \ Par chaque source S parmi les M sources {S1, S2, ... , SM}.
Dans le cas d'une émission simultanée sur une même ressource radio, la détection et le décodage par le relais sont effectués de manière conjointe et itérative. La structure du module de détection et de décodage DDU est illustrée par la figure 7 et sous forme simplifiée pour une source par la figure 8. Le module DDU a une structure itérative constituée d'un détecteur multi utilisateurs (MUD) souple ou en terme anglo-saxon Soft In Soft Out MUD (SISO MUD) suivi d'autant de décodeurs de canal souples en parallèle que de sources {S1, S2, ... , SM}. Pour un bloc b reçu, b £ [1,2, ... , B}, pendant l'intervalle de transmission t, t=\,...,T, la séquence reçue s'exprime sous la forme :
Figure imgf000016_0001
dans laquelle hs Rit £ C représente le gain de canal entre la source Sj et le relais R et n ^ £€Nb représente un bruit additif gaussien. Le module DDU utilise le bloc b courant et tous les blocs précédemment reçus y^ ' Y^t '— ' Y^t ^ Pour obtenir une estimation des messages !,t< ¾2,t- - - M,t des sources.
A la fin de la réception du premier bloc, à chaque itération le détecteur multi utilisateurs MUD calcule sous forme de rapport de vraisemblance (LLR Log-Likelihood-Ratio) la probabilité a posteriori (APP) de chaque bit codé entrelacé de chaque source S :
LAPPR : A ([b¾) 3 »«( ^^) * = « ¾. expression dans laquelle ns i est le nombre de bits transmis par chaque source S dans le premier LA s'écrire sous la forme :
Figure imgf000017_0001
expression dans laquelle Aa ([t's t'J ) est Ie logarithme du rapport de probabilité a priori
(LAPR) fournit par le décodeur de canal SISO de chaque source S à l'itération précédente, Ae la sortie
Figure imgf000017_0002
Aa Qcs ] ) est Ie logarithme du rapport de probabilité a priori du premier bloc. Le décodeur de canal SISO de la source S utilise Aa ([cs ] ) Pour fournir une version estimée us t du message us t au module DU et pour fournir une information extrin e vecteur de ces informations extrinsèques est entrelacé par l'entrelaceur de l'entrelaceur
Figure imgf000017_0003
(après le décodage SISO de la source 1) est rebouclée sur l'entrée du détecteur multi utilisateurs SISO MUD^ et marque la fin d'une itération.
Les itérations du module DDU s'arrêtent soit parce qu'elles atteignent un nombre maximal d'itérations soit sous contrôle de l'étape de détection d'erreurs et de décision. Par exemple, l'étape de détection d'erreurs et de décision n'autorise plus la détection et le décodage si toutes les sources ont été détectées sans erreur avant la fin de l'intervalle de transmission.
A la fin de la réception d'un nouveau bloc b, les interrupteurs correspondant à ce bloc b et à tous les blocs précédents sont basculés. La procédure décrite pour le premier bloc est répétée mais en considérant b^ = [b^, b®, ... , b^] en lieu et place de [b^]. A la fin de la réception du Be bloc tous les interrupteurs du DDU sont basculés et la procédure décrite pour le premier bloc est répétée mais en considérant b^? = [b^ b^, ... , b^] en lieu et place de [b< t ].
La figure 8 illustre sous forme d'un facteur-graphe le principe de la détection multi utilisateurs et du décodage conjoint. Les nœuds de variable étant représentés par des cercles et les nœuds de contrainte par des carrés, un nœud de contrainte est une fonction des nœuds de variable lui étant rattachés. Ainsi, le nœud de contrainte représente la fonction de contrainte
Figure imgf000018_0001
/ (bs't '
ou = [π^]-1 b^ . Le noeud de contrainte MUD^ est lié aux nœuds de variable b^t, ... , b^t et l'observation . Comme nous nous intéressons au nœud de variable t seul le nœud de variable est représenté. Les règles dites de "Sum Product Algorithm" [1] permettent de calculer les croyances d'un nœud de contrainte vers un nœud de variable en prenant en compte les croyances incidentes des autres nœuds de variables ; cela correspond à une activation de la détection d'utilisateurs multiples pour le nœud de contrainte MUD^ ou à une activation de décodage pour le nœud de contrainte « SISO Source S décoder » conformément à la figure 7. Les croyances/ou message probabiliste (par bit) sont donc ici les informations extrinsèques sous forme de rapports de vraisemblance logarithmique ou en terminologie anglo-saxonne « extrinsic Log
Likelihood Ratios/ extrinsic LLRs ».
Ainsi pendant l'intervalle de transmission t et le bloc b l'enchaînement du traitement est le suivant. Pour chaque source S £ [S1, ... , SM}, le module DDU enchaîne les étapes suivantes :
1- sont activés, ils génèrent leurs croyances concernant les valeurs
Figure imgf000018_0002
(ces croyances sont généralement sous la forme de vecteurs de valeurs de LLR).
2- Les croyances concernant b^ sont converties dans des croyances concernant = tc ' c5^'■■■ ' csb t ] Par les desentrelaceurs [π®]-1 l = 1, ... , b.
3- Les croyances concernant sont passées au décodeur de canal SISO de la source S. En retour, celui-ci génère sa croyance concernant les nœuds variables us t et ç^.
4- Les croyances concernant s t sont passées au module DU.
5- Si le module DU autorise le module DDU à continuer alors la croyance concernant est convertie en croyance concernant b^ par l'entrelaceur n l = 1, ... , b. 6- Les croyances concernant t sont passées aux t/Dt l = 1, ... , b.
7- Répétition des étapes 1 à 6.
L'étape 3 de détection des messages décodés sans erreurs et de décision par le relais est mise en œuvre par le module DU. Pendant chaque intervalle de transmission t=\,...,T, l'étape 3 détecte les erreurs sur les messages estimés ûSi t, ûS2 t, ... , ûSMit à la fin de chaque sous intervalle de transmission b £ {1,2, ... , B}. Selon un mode de réalisation, la détection d'erreurs est effectuée en exploitant une information de type CRC incluse dans le premier des B blocs provenant des sources.
Le contrôle du codage et de la transmission après chaque bloc reçu est tel que :
1. En absence de message décodé sans erreur, le module DU décide conformément à un schéma de sélection quels messages décodés au cours des précédents intervalles de transmission doivent être aidés. Par exemple, seul le dernier message décodé correctement peut être aidé ou par exemple n'importe quel ensemble de messages décodés sans erreur peut être aidé.
2. Si quelques sources sont décodées sans erreur, le module autorise d'aider ces sources i.e. autorise le codage et la transmission mise en œuvre par le module ETU pour ces sources.
3. Si toutes les sources sont décodées sans erreur, le module DU commande au module ETU d'aider toutes les sources jusqu'à la fin de l'intervalle de transmission courant i.e. l'étape de détection d'erreur et de décision autorise le codage et la transmission des messages de toutes les sources jusqu'à la fin de l'intervalle de transmission courant.
Selon un mode de réalisation, le module DU commande au module DDU d'arrêter de traiter les signaux reçus i.e. l'étape de détection d'erreur et de décision interdit le décodage jusqu'à la fin de l'intervalle de transmission courant.
Le schéma de sélection est adapté en fonction de la capacité de mémorisation du relais, en fonction de la taille de la fenêtre glissante lorsque celle-ci est utilisée par le destinataire et en fonction de la quantité de signalisation supplémentaire nécessaire pour la destination. Parmi les différents schéma de sélection possibles, on peut distinguer les deux schéma extrêmes suivants.
Un premier schéma selon lequel il est autorisé d'aider n'importe quel jeu de messages de n'importe quelles sources décodés correctement pendant les précédents intervalles de transmission (les messages qui satisfont ûs i = us i pour tout i = 1, ... , t— 1 et toute source £ [S1, ... , SM} ). Ce jeu est pris en entrée du codage réseau (à un intervalle de transmission donné et un sous intervalle donné, l'information relayée peut être une fonction de n'importe quel message transmis par les sources). Ce schéma est compatible d'un décodage dit backward à la destination à condition d'utiliser une fenêtre glissante de décodage de taille Q = T.
Un deuxième schéma selon lequel il est autorisé d'aider seulement les messages décodés sans erreur précédemment pendant le même intervalle de transmission. Par rapport au précédent schéma, celui-ci nécessite un minimum de signalisation. La taille de mémorisation est petite : MK bits au maximum. Ce schéma est compatible d'un décodage à la destination qui utilise une fenêtre glissante de décodage de taille Q = 1.
L'étape 4 de codage et de transmission vers le destinataire est mise en œuvre par le module de codage et de transmission ETU illustré par la figure 9.
Cette étape de codage et de transmission code les messages décodés sans erreur pour transmettre un signal représentatif de ces seuls messages décodés sans erreur. Le relais code conjointement les seuls messages décodés sans erreur en ajoutant une redondance propre créant un code de réseau.
Cette étape de codage et de transmission est sous contrôle de l'étape de détection d'erreurs et de décision qui autorise ou pas le codage et qui sélectionne les sources à aider.
La figure 10 représente les B sous-intervalles de transmission du premier intervalle de transmission. A chaque sous-intervalle b de transmission correspond un bloc b de données. La figure illustre un exemple de sélection quand T = 1. Selon cette sélection, le relais détecte sans erreur le message de la source S1 à la fin du 2e sous intervalle et le message de la source S2 à la fin du 5e sous intervalle. Compte tenu que le relais est full duplex, il peut aider la source S1 pendant les sous intervalles b = 3,4,5 (donc sous-entendu il peut transmettre un signal représentatif) et simultanément continuer à écouter (c'est-à-dire à réceptionner). A la fin du 5e sous intervalle, le relais arrête d'écouter puisqu'il a décodé correctement tous les messages des sources et il aide les deux sources en émettant un signal issu d'un codage réseau des messages de S1 et 52.
La figure 11 illustre un exemple de sélection quand t = 1, ... , T. Pendant le 1er intervalle de transmission t = 1, le relais est capable de décoder sans erreur S-^ puis S2 à la fin des sous intervalles 3 respectivement 5. Pendant l'intervalle de transmission t = 2 le relais est capable de décoder sans erreur le message de S2 à la fin du sous intervalle 4. Dans ce cas, pendant les sous intervalles 1, 2, 3, 4 de l'intervalle t = 2, le relais continue d'aider les messages de S1 et S2 du 1er intervalle. A partir du sous intervalle 5 de l'intervalle t = 2 le relais commence à aider le message de S2 du 2e intervalle jusqu'à ce qu'un nouveau message soit correctement décodé et ainsi de suite. Le schéma de sélection de la figure 12 est identique au schéma de la figure 11 sauf en ce que le relais ne transmet plus après l'intervalle de transmission t = T. Ainsi, le protocole selon l'invention permet de gagner un intervalle de transmission par rapport à l'art antérieur en aidant immédiatement le message décodé sans erreur sans attendre la fin de l'intervalle de transmission t = T. Le protocole est donc plus efficace en ce qui concerne l'occupation du canal et donc la capacité de transmission.
Pendant chaque intervalle de transmission t £ {1, ... , T} et à la fin de chaque sous intervalle b £ {1, ... , B}, de manière générale le module DU ordonne au module ETU de transmettre un nouveau signal généré à partir d'un nouveau jeu J t de messages de sources décodés sans erreur pendant des intervalles de transmission différents. Le relais entrelace en entrée du codeur réseau chaque message de ce jeu /5 t par un entrelaceur nb , b , distinct entre les blocs b et entre les messages du jeu J% >t .
Le codeur de réseau est par exemple un OU exclusif sur les messages entrelacés u b n b ,
jR,tWR,t \)
La sortie du codeur réseau est un message de K bits d'information noté u¾ t £ F . Le message u¾ t est entrelacé par un entrelaceur noté Ψβ^. Le message entrelacé noté t est converti par un codeur canal suivi d'une fonction de sélection de bits en une séquence c t £ de nR bits. La séquence est entrelacée par un entrelaceur distinct noté TlR t puis modulée pour obtenir la séquence complexe x¾ t £ XNb dans laquelle I c i représente un signal complexe de cardinalité |X| = 2¾κ.
A la fin des intervalles de transmission, la destination tente d'extraire les messages de chaque source et du relais. La séquence reçue pendant l'intervalle de transmission t £ {1, ... , T} et pendant le bloc b £ {1, 2, ... , B} est la suivante :
v(b) _ yM h (fi) , h ( Λ (b)
yD,t - Li = l η5ί,β,ίΧ5;,ί + nR,D,tXR,t A{/ t≠0} + D,t
dans laquelle hs Dit £ C représente le gain de canal entre la source St et la destination D, h~R,D,t e ^ représente le gain de canal entre le relais R et la destination D, £€Nb est un vecteur de bruit et l ^b est un indicateur pour indiquer si le relais est silencieux ou pas : l C jb - , = s^ Jn.t ^ Φ où ώ représente l'ensemble vide.
{/«,£=0} (o sinon
La destination peut mettre en œuvre une fenêtre glissante de décodage ou « sliding window decoding » ou peut mettre en œuvre un décodage dit « backward ».
Dans le cas de la mise en œuvre d'une fenêtre glissante de longueur Q, Q £ {1, ... , T], la destination débute à la fin de chaque intervalle de transmission t £ [Q, ... , T} le décodage des messages des sources pour extraire les QK bits d'information de chaque source qui sont transmis pendant les intervalles t, t— 1, ... , t— (Q— 1) avec l'aide du message du relais transmis pendant les intervalles t, t— 1, ... , t— (Q— 1).
La taille de la fenêtre glissante peut être fixée à une valeur maximale et la destination peut décider quelle est la valeur optimale sur la base de la signalisation venant du relais. Par exemple, si la taille maximale est de trois et que la destination sait que le relais n' aide aucune source pendant le 1er intervalle en l'absence de messages décodés sans erreur alors la destination peut débuter immédiatement le décodage du 1er intervalle de transmission sans attendre trois intervalles de transmission.
La taille de la fenêtre glissante de la destination peut impacter le schéma de sélection du relais. Lors d'un intervalle de transmission t donné, le schéma de sélection peut être tel que le relais n'aide pas les messages décodés sans erreur sur les intervalles qui précèdent l'intervalle t— (Q— 1), Le., les messages décodés pendant les intervalles £ {1, ... , t— Q}.
La figure 13 représente la structure du décodeur de la destination sous forme de facteur graphe pendant la fenêtre glissante Q qui couvre tous les intervalles de transmission de t— (Q— 1) à t. Ainsi, pour chaque intervalle de transmission couvert par la fenêtre, les chaînes de détection et de décodage des sous blocs b, b = 1, ... B, reçus des sources sont successivement activées en basculant par exemple des interrupteurs pour rendre les chaînes actives. Et, pour chaque intervalle de transmission couvert par la fenêtre, les chaînes de décodage des séquences reçues du relais sont activées en basculant par exemple des interrupteurs pour rendre les chaînes actives en fonction d'une information de signalisation donnant à chaque sous intervalle, c'est-à-dire à chaque bloc, l'indication d'une transmission ou pas du relais. Tous les blocs et messages reçus pendant la fenêtre Q sont décodés conjointement. Le sous module controlled connection matrix and network interleavers effectue les connections entre les nœuds variables qui représentent les messages des sources et les nœuds variables qui représentent les séquences générées par le relais à chaque sous intervalle de chaque intervalle. Ce sous module reçoit en entrée une information de signalisation venant du relais indiquant à chaque sous intervalle le schéma de sélection utilisé par le relais. Les croyances sous forme de LLR concernant les différents nœuds variables sont échangés au sein du facteur graphe jusqu'à la convergence.
Dans le cas de la mise en œuvre d'un décodage dit « backward », la destination tente de décoder les messages des sources à la fin de l'intervalle de transmission t = T, pour extraire les TK bits d'information de chaque source. Ce scénario de décodage est adapté lorsque les T messages d'une source forment une trame (ou super message) qui fait qu'il est inutile de décoder un message avant de décoder les autres messages. Par contre, lorsque les messages d'une source sont indépendants, ce scénario introduit une latence inutile en imposant d'attendre la fin de l'intervalle t = T. Un exemple de la structure du décodeur est illustré par la figure 13. Il est facile d'obtenir le cas du décodage « backward » en prenant t=T et Q=T. Le nœud de contrainte MUD^ est lié aux nœuds de variable b^t, ... , b^t, b^ et à l'observation y^ . Pour des raisons de clarté, nous avons dupliqué le nœud de contrainte MUD^ par nœud de variable. Toutefois, une seule 5 activation de la détection d'utilisateurs multiples associée au nœud de contrainte MU D permet de générer les croyances (ou extrinsic LLRs) vers tous les nœuds de variable associés en prenant en compte l'observation et les croyances incidentes.
Le décodeur de la figure 13 peut être cadencé de la façon suivante.
Etape 1 , tous les détecteurs multi utilisateurs MUD sont activés en fonction du signal reçu : 1 L0J v JD(1,t)-(<Q-i v J D(s,t)-(Q-l)> v J D(1.t)' ··· ' v J D(s.t) ·
Etape 2, les nœuds variables représentant les messages codés réseau venant du relais reçoivent les croyances sur leurs valeurs en activant leurs entrelaceurs et modules SISO correspondants.
Etape 3, les nœuds variables représentant les messages des sources reçoivent les croyances 15 sur leurs valeurs en activant d'une part leurs entrelaceurs et SISO correspondants et d' autre part le sous module controlled connection matrix and network interleavers.
Etape 4, sur la base des croyances reçues des nœuds variables des messages des sources, la destination vérifie si les messages u5i ί_(-ρ_1-), 2 ί_(-ρ_1-) ... , Μ ί_(-ρ_1-) sont décodés correctement ou pas. S'ils sont correctement décodés, la destination arrête les itérations de 0 décodage sur cette fenêtre glissante et glisse la fenêtre jusqu'à la fenêtre suivante (de t-(Q-l)+l à t+1). Sinon, le procédé passe à l'étape 5.
Etape 5, les nœuds variables représentant les messages codés réseau du relais reçoivent les croyances sur leurs valeurs du sous module controlled connection matrix and network interleavers.
Etape 6, les détecteurs multi utilisateurs MUD reçoivent les croyances sur les bits formant 5 les signaux modulés ^-^-i !■■■ > Y^t-(Q-i)'— · YD Î '— · YD^ t '■> celles-ci étant obtenues à partir de activation des entrelaceurs et modules SISO associés aux messages codés réseau et aux messages des sources.
Les étapes 1 à 6 sont répétées jusqu'à atteindre un nombre maximal d'itérations ou jusqu'à sortir de la boucle lors de l'étape 4.
0 II est à noter que plusieurs messages à des intervalles de transmission autres que t-(Q-l) peuvent être décodés sans erreur. Ceux-ci serviront pour simplifier le décodage pour les prochaines fenêtres de décodage. Le nombre de fenêtres de décodage utilisé gouverne la complexité du récepteur, il vient que seules quelques fenêtres de décodage peuvent être privilégiées dans certaines implémentations.
La destination peut faire partie de plusieurs systèmes MARC qui partagent les mêmes sources, la même destination et ont des relais différents, ces relais utilisant des ressources radio différentes entre elles.
En présence d'un second relais R', le nœud de contrainte MUD^ est lié aux nœuds de variable b^t, ... t, b^t , b^}t et à l'observation y^- Il vient que la partie gauche de la figure 13 est dupliquée en remplaçant R par R' . Une activation de la détection d'utilisateurs multiples associée au nœud de contrainte MU permet de générer les croyances (ou extrinsic LLRs) vers tous les nœuds de variable b^t, ... , b^t, b^, b^t associés en prenant en compte l'observation et les croyances incidentes.
Les sources sont par exemples des utilisateurs qui cherchent à transmettre des messages à une destination commune qui est par exemple une station de base d'un réseau d'accès mobile. Les sources s'aident d'un relais qui peut être une station de base allégée ou par exemple une des sources dans le cas où cette dernière est sur le chemin entre les sources et la station de base. Les sources peuvent tout aussi bien être des stations de base qui s'adressent à la même destination.
Selon une utilisation particulière, les deux sources correspondent à deux terminaux mobiles. Selon une autre utilisation, les deux sources peuvent correspondre à deux services différents accessibles depuis un même terminal mais dans ce cas, le terminal est équipé d'au moins deux antennes qui déterminent deux canaux de propagation différents entre le terminal et le relais et entre le terminal et la destination.
Annexe :
LLR : « Log Likelihood Ratio »
U binaire, son LLR (Log-likelihood ratio) est définie par la relation :
Figure imgf000024_0001
relation dans laquelle Ρυ (u) dénote la probabilité que la variable aléatoire U prenne la valeur u. LAPPR : « Log A Posteriori Probability Ratio »
nnel à une observation qui correspond généralement à un signal reçu.
Figure imgf000024_0002
[1] F.R. Kschischang, B.J. Frey, and H.-A. Loeliger, "Factor graphs and the sum-product algorithm," IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-47, no. 2, pp. 498-519, Feb. 2001.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé (1) de relayage mis en œuvre par un relais full-duplex destiné à un système de télécommunication comprenant plusieurs sources ({Si, S2<■■■, ¾}), le relais et un destinataire, comprenant :
- une étape (2) de décodage pour estimer par source, à partir de blocs reçus correspondant à des mots de code xs t successifs émis simultanément par les sources pendant Γ intervalles de transmission, tels qu'à chaque intervalle de transmission t, t=\,...,T, un mot de code xs t comprend B blocs
Figure imgf000025_0001
dont le premier peut être décodé de manière indépendante des autres blocs, un mot de code xs t codant un message jt de K bits avec K, B et T des naturels, B > 2, T > 1,
- une étape (3) de détection des messages décodés sans erreurs et de décision par le relais,
- une étape (4) de codage et de transmission vers le destinataire d'un signal représentatif des seuls messages décodés sans erreur,
caractérisé en ce que le codage et la transmission sont sous contrôle de l'étape de détection des messages décodés sans erreur et de décision conformément à un schéma de sélection, après chaque bloc reçu, et en ce que le schéma de sélection est tel qu'un signal représentatif portant sur un message décodé sans erreur pendant un intervalle de transmission est transmis par le relais pendant le même intervalle de transmission.
2. Procédé (1) selon la revendication 1, comprenant en outre une mémorisation des messages décodés sans erreur.
3. Procédé (1) selon la revendication 1, dans lequel en l'absence de message décodé sans erreur pendant un intervalle de transmission t courant, l'étape de détection d'erreur et de décision autorise le codage et la transmission d'un message décodé sans erreur pendant un intervalle de transmission précédent.
4. Procédé (1) selon la revendication 1, dans lequel la décision autorise le codage et la transmission d'un message dès qu'il est décodé sans erreur.
5. Procédé (1) selon la revendication 1, dans lequel la détection et le décodage sont sous contrôle de l'étape de détection des messages décodés sans erreurs et de décision conformément à un schéma de sélection, après chaque bloc reçu.
6. Procédé (1) selon la revendication précédente, dans lequel si tous les messages sont décodés sans erreur pendant un intervalle de transmission t courant, l'étape de détection des messages décodés sans erreurs et de décision stoppe la détection et le décodage jusqu'à la fin de l'intervalle de transmission courant et autorise le codage et la transmission.
7. Procédé (1) selon la revendication 1, dans lequel le schéma de sélection est tel qu'à chaque intervalle de transmission t courant, le signal transmis est représentatif des messages décodés sans erreur jusqu'à l'intervalle de transmission t courant.
8. Procédé (1) selon la revendication 1, dans lequel le schéma de sélection est tel que pendant chaque intervalle de transmission t courant, le signal transmis est représentatif des messages qui ont été décodés sans erreur uniquement pendant l'intervalle de transmission t courant.
9. Procédé (1) selon la revendication 1, dans lequel l'étape de codage et de transmission comprend un entrelacement par source pour laquelle un message est décodé sans erreur avant un codage réseau.
10. Procédé (1) selon la revendication 1, dans lequel l'étape de codage et de transmission comprend un codage réseau suivi d'un premier entrelacement, d'un codage canal et d'un deuxième entrelacement distinct du premier.
11. Relais (R) full-duplex destiné à un système de télécommunication comprenant plusieurs sources ({S1, S2, ... , SM}), le relais et un destinataire, comprenant :
- un moyen (DDU) de décodage pour estimer par source, à partir de blocs reçus correspondant à des mots de code xs t successifs émis simultanément par les sources pendant T intervalles de transmission, tels qu'à chaque intervalle de temps t, t = 1, ... , T, un mot de code x5 t comprend B blocs χ^, χ^, ... , χ^, dont le premier bloc peut être décodé de manière indépendante des autres blocs, un mot de code xs t codant un message t de K bits, avec K, B et T des naturels, B > 2, T > 1,
- un moyen (DU) de détection des messages décodés sans erreurs et de décision par le relais,
- un moyen (ETU) de codage et de transmission vers le destinataire d'un signal représentatif des seuls messages décodés sans erreur,
caractérisé en ce que le moyen (ETU) de codage et de transmission est sous contrôle du moyen (DU) de détection d'erreur et de décision conformément à un schéma de sélection, après chaque bloc reçu, et en ce que le schéma de sélection est tel qu'un signal représentatif portant sur un message décodé sans erreur pendant un intervalle de transmission est transmis par le relais pendant le même intervalle de transmission.
12. Procédé de réception destiné à un récepteur d'au moins un système MARC destiné à mettre en œuvre un procédé de relayage selon l'une des revendications 1 à 11 , comprenant : - une détection et un décodage conjoints des blocs provenant des sources et des messages provenant du relais, effectués de manière itérative à la fin de chaque intervalle de transmission t tel que t £ {Q, ... , T] sur une durée d'une fenêtre glissante de longueur Q, Q £ {1, ... , T}, avec propagation de probabilités entre les itérations pour estimer Q messages par source,
caractérisé en ce que le décodage des messages du relais est configuré à chaque sous intervalle de transmission selon une information de signalisation provenant du relais indiquant si le relais coopère sur ce bloc b, b = 1, ... B et
en ce que la propagation des probabilités est configurée à chaque bloc b, b = 1, ... B selon une information de signalisation provenant du relais indiquant le schéma de sélection du relais avec B et T des naturels, B > 2, T > 1.
Récepteur destiné à au moins un système MARC destiné à mettre en œuvre un procédé de relayage selon l'une des revendications 1 à 11 , comprenant :
- un moyen de détection et un moyen de décodage conjoints des blocs provenant des sources et des messages provenant du relais, la détection et le décodage étant effectués de manière itérative à la fin de chaque intervalle de transmission t tel que t £ {Q, ... , T] sur une durée d'une fenêtre glissante de longueur Q, Q £ {1, ... , T], avec propagation de probabilités entre les itérations pour estimer Q messages par source,
caractérisé en ce que le décodage des messages du relais est configuré à chaque sous intervalle de transmission selon une information de signalisation provenant du relais indiquant si le relais coopère sur ce bloc b, b = 1, ... B et
en ce que la propagation des probabilités est configurée à chaque bloc b, b = 1, ... B selon une information de signalisation provenant du relais indiquant le schéma de sélection du relais avec B et T des naturels, B > 2, T > 1.
Procédé (1) de transmission d'un signal numérique destiné à un système de télécommunication comprenant plusieurs sources ({S1, S2, ... , SM}), le relais et un destinataire mettant en œuvre un code de réseau spatialement distribué, comprenant par source :
- une étape de codage de messages jt comprenant un CRC en des mots de code cs,t>
- une étape d'émission des mots de code cs t pendant T intervalles de transmission à destination du relais et du destinataire,
caractérisé en ce que le codage est de type à redondance incrémentale finie et délivre à chaque sous intervalle de transmission b = 1,2, ... , B d'un intervalle de transmission un bloc cS i! tel que les B blocs successifs {c^ : l≤b≤B} forment le mot de code cs t, tel que le premier bloc peut être décodé de manière indépendante des autres blocs et tel que les blocs suivants sont des bits de parité qui ajoutent une redondance au premier bloc avec B et T des naturels, B > 2, T > 1,.
Emetteur d'un signal numérique destiné à un système de télécommunication comprenant plusieurs sources ({Si, S2 <■■■< ¾)), le relais et un destinataire mettant en œuvre un code de réseau spatialement distribué, comprenant par émetteur :
- un codeur de messages jt comprenant un CRC en des mots de code cs t,
- un émetteur des mots de code cs t pendant T intervalles de transmission à destination du relais et du destinataire,
caractérisé en ce que le codeur est de type à redondance incrémentale finie et délivre à chaque sous intervalle de transmission b = 1,2, ... , B d'un intervalle de transmission un bloc tel que les B blocs successifs {c^ : 1≤ b≤ B} forment le mot de code cs t, tel que le premier bloc peut être décodé de manière indépendante des autres blocs et tel que les blocs suivants sont des bits de parité qui ajoutent une redondance au premier bloc avec B et T des naturels, B > 2, T > 1,.
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