WO2019207258A1 - Procédés de réception et d'émission, et dispositifs récepteur et émetteur d'un système de communication sans fil - Google Patents

Procédés de réception et d'émission, et dispositifs récepteur et émetteur d'un système de communication sans fil Download PDF

Info

Publication number
WO2019207258A1
WO2019207258A1 PCT/FR2019/050984 FR2019050984W WO2019207258A1 WO 2019207258 A1 WO2019207258 A1 WO 2019207258A1 FR 2019050984 W FR2019050984 W FR 2019050984W WO 2019207258 A1 WO2019207258 A1 WO 2019207258A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
precoding scheme
transmitting
precoding
transmitting device
receiving
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2019/050984
Other languages
English (en)
Inventor
Dinh Thuy Phan Huy
Raphaël Visoz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orange SA
Original Assignee
Orange SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Orange SA filed Critical Orange SA
Publication of WO2019207258A1 publication Critical patent/WO2019207258A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0456—Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting

Definitions

  • the invention relates to the general field of telecommunications, and in particular to the field of wireless communications implemented on radio type networks such as mobile networks (eg 3G, 4G, 5G, etc.), WiFI (Wireless Fidelity ), etc.
  • radio type networks such as mobile networks (eg 3G, 4G, 5G, etc.), WiFI (Wireless Fidelity ), etc.
  • MIMO communication system Multiple Input Multiple Output
  • a precoder for transmitting simultaneously to the receiver device, using the same radio resources (eg radio frequencies), several data streams via the various antennas d. transmission of the transmitting device.
  • a precoder is based on the knowledge by the transmitter device of the propagation channel (or transmission channel) which separates it from the receiver device. It allows the transmitting device to deliver data to the receiver device with high spectral efficiency through beamforming (also called "beamforming") carrying the data streams.
  • beamforming also called "beamforming”
  • Known examples of such precoders use in particular a Zero Forcing (ZF) beamforming scheme, a Maximum Ratio Transmission (MRT) type pre-encoding scheme.
  • ZF Zero Forcing
  • MRT Maximum Ratio Transmission
  • an eigenbeamforming precoding scheme a precoding scheme by eigenvalue decomposition (or "SVD" for Singular Value Decomposition), and so on.
  • a precoding scheme by eigenvalue decomposition or "SVD" for Singular Value Decomposition
  • these precoders or precoding schemes are designated by precoders or precoding schemes based on the knowledge of the transmission channel and minimizing the reception interference between the data streams.
  • the Long Term Evolution (LTE) standard defined by the Third Generation Partnership Program (3GPP) standardization committee uses a transmission precoding scheme based on knowledge of the propagation channel as discussed above.
  • This precoding scheme is described in particular in 3GPP TS 36.201 V14.1.0 (March 2017) titled "3GPP Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); LTE physical layer; General description (Release 14) ".
  • TDD time division duplex
  • the precoding of data streams transmitted by a multi-antenna transmitter device is carried out according to five main steps: - Step 1: The receiving device sends to the transmitting device predefined pilot sequences known to the transmitting device.
  • the latter estimates the propagation channel in the sense of the receiving device to the transmitting device from the pilot sequences which it has received.
  • the propagation channel is reciprocal, in other words, that the propagation channel in the direction transmitter device to receiver device and the propagation channel in the direction receiver device to transmitter device are identical .
  • This property is exploited by the sending device that uses the estimate that it has made as an estimate of the propagation channel from the sending device to the receiving device. This estimate is modeled for example by a matrix denoted H e .
  • Step 2 The transmitting device then uses the knowledge of the propagation channel available to it (matrix H e ) to calculate the coefficients of a precoder (modeled by a matrix P) intended to be applied to the data flows that it wishes to transmit to the receiving device.
  • the precoder P is chosen such that the interference between the data streams is minimized at the receiving device (in other words it is negligible at the receiving device which simplifies the reception algorithm used by the latter) .
  • Such a precoder is for example one of those mentioned above.
  • the coefficients of the precoder P depend on the modulation (for example, quadrature phase shift keying (QPSK), quadrature amplitude modulation or QAM (for quadrature amplitude modulation). 16QAM, 64QAM or 256QAM, etc.) and the channel coding scheme used during transmission (these may differ for each data stream).
  • QPSK quadrature phase shift keying
  • QAM quadrature amplitude modulation
  • the transmitting device then sends to the receiving device predefined pilot sequences known to the receiving device, and precoded with the precoder P just determined.
  • pilot sequences comprise for example reference symbols or CSI-RS (for "Channel State Information Referenced Symbols") as described in the 3GPP standard.
  • the receiving device measures the precoded HP propagation channel from the received pilot sequences.
  • Step 4 The receiving device transmits to the transmitting device, in a signaling message, a rank indicator representative of the number of streams that can be transmitted simultaneously on the propagation channel as well as a channel quality indicator (or CQI for " Channel Quality Indicator ") for each data flow.
  • Step 5 The transmitting device can decide, according to the received CQI channel quality indicator, not to transmit data streams to the receiving device. Otherwise, it transmits the encoded data to the receiver device using the precoder P determined in step 2 and with the rate corresponding to the CQI channel quality indicator received from the receiving device.
  • a precoder or precoding scheme based on the knowledge of the transmission channel such as a precoder of the ZF, MRT, SVD or eigenbeamforming type certainly makes it possible to simplify the reception algorithm implemented by the receiver. receiver device, but however has a disadvantage related to the use in radio systems of power amplifiers. Indeed, the precoding of data flows leads to a variation of their power over time and from one flow to another. In order for this precoding to be faithfully carried out by the amplifier, it is necessary to remain in its linear operating range, in other words to ensure that the amplifier emits at a mean power between its minimum power and its maximum power. which leads to limiting the peak power resulting from the precoding of data streams. This phenomenon is known as "power back-off".
  • the receiving device When the receiving device is in good radio conditions (ie very good signal-to-noise ratio), a high spectral efficiency or a high coverage can be achieved by precoding despite the power-back-off phenomenon, ie say that even reduced because of the power back-off, the signal-to-noise ratio is sufficient to achieve high rates or good coverage.
  • the radio conditions are degraded, the reduction of the signal-to-noise ratio under the effect of the power back-off causes a reduction or even a cancellation of the gain of flow or coverage provided by the precoding.
  • precoders The disadvantage of these precoders (hereinafter referred to as precoders or quasi-constant envelope precoding schemes based on knowledge of the transmitting channel or the transmitting device) is that they introduce interference between data streams that they send simultaneously on the antennas of the transmitting device. If this interference is not eliminated at the receiving device, the gain in bit rate or coverage provided by the precoding is greatly reduced or even eliminated. It is therefore necessary, when such precoders are used by a transmitting device, to provide at the receiving device a reception algorithm for suppressing the interference introduced by the precoding scheme.
  • such an algorithm is expensive in terms of resources: it indeed requires the realization of a number of calculations that consume energy at the receiving device. When the receiver device is equipped with a battery (for example when it is a mobile terminal), this consumption has a direct negative impact on the life of this battery.
  • the invention aims in particular to remedy the aforementioned drawbacks by proposing a method of reception by a receiver device of a wireless communication system, equipped with a plurality of reception antennas, this reception method comprising:
  • a selection step on the basis of the determined performance indicators, of the precoding scheme between the first and the second precoding scheme leading to the best performance of the communication system with regard to a predetermined criterion;
  • the invention also relates to a receiver device of a wireless communication system, said receiver device being equipped with a plurality of reception antennas and comprising: A first reception module, able to receive a first pilot sequence, coded by a transmitting device of the system equipped with a plurality of transmitting antennas with a first precoding scheme based on a knowledge by the transmitter device of a propagation channel between the transmitter and receiver devices, this first precoding scheme allowing simultaneous transport of several data streams and minimizing interference at the receiving device between these data streams;
  • a second reception module able to receive a second pilot sequence, coded by the transmitting device with a second quasi-constant envelope precoding scheme based on knowledge by the transmitter device of said propagation channel, this second precoding scheme allowing simultaneous transport of multiple data streams;
  • a determination module configured to determine a performance indicator for the first precoding scheme using the first received coded driver sequence and a performance indicator for the second precoding scheme using the received second encoded driver sequence;
  • a selection module configured to select on the basis of the determined performance indicators, a precoding scheme between the first and the second precoding scheme leading to the best performance of the communication system with regard to a predetermined criterion;
  • a transmission module configured to transmit to the transmitting device information indicating the selected precoding scheme.
  • the invention also proposes a transmission method by a transmitting device of a wireless communication system equipped with a plurality of transmitting antennas, this transmission method comprising:
  • a step of transmitting to a receiver device of the system comprising a plurality of reception antennas, a first coded pilot sequence with a first precoding scheme based on a knowledge by the device transmitting a propagation channel between the transmitter and receiver devices, this first precoding scheme allowing simultaneous transport of multiple data streams and minimizing interference at the receiving device between these data streams;
  • the invention also relates to a transmitter device of a wireless communication system, said transmitter device being equipped with a plurality of transmitting antennas and comprising:
  • a first transmission module configured to transmit to a receiver device of the system comprising a plurality of reception antennas, a first coded pilot sequence with a first precoding scheme based on a knowledge by the device transmitting a transmission channel; propagation between the transmitter and receiver devices, said first precoding scheme allowing simultaneous transport of multiple data streams and minimizing interference at the receiving device between said data streams;
  • a second transmission module configured to transmit to the receiver device a second pilot sequence coded by the transmitting device with a second quasi-constant envelope precoding scheme based on a knowledge by the device transmitting said propagation channel; second precoding scheme for simultaneous transport of multiple data streams;
  • a reception module able to receive information indicating a pre-encoding scheme selected by the receiver device between the first and the second precoding scheme, on the basis of performance indicators determined by the receiver device from the first sequence coded driver and the second coded driver sequence.
  • knowledge of the propagation channel between the transmitter and receiver devices here is broadly understood as a knowledge of the "downstream" propagation channel going from the transmitting device to the receiving device, and / or the “rising” propagation channel. From the receiver device to the transmitter device, and / or a combination (for example a product) of these two channels, since this knowledge allows the transmitter device to derive a precoder allowing it to take into account the effects of the channel of propagation on the transmission of data streams.
  • the knowledge of the propagation channel available to the transmitting device can indeed vary according to the contexts (eg TDD mode where a reciprocity of the propagation channel in the upstream and downstream directions can be admitted, FDD mode where such a reciprocity can not be assumed , etc.). Moreover, no limitation is attached to the way in which the transmitting device obtains this knowledge (eg from measurements which it itself performs on pilot sequences sent by the receiving device, via a return channel (" feedback "in English) established with the receiving device, etc.)
  • the first precoding scheme may be for example a precoding scheme for a known MIMO system based on the knowledge of the transmission propagation channel and minimizing the interference between the data streams as discussed above and comprising in particular:
  • a pre-encoding scheme of the maximum ratio transmission type A precoding scheme by forming clean beams; or
  • a precoding scheme by beam formation by decomposition into eigenvalues.
  • the second precoding scheme may be in particular one of the precoding schemes mentioned above and described in the articles by S. Zhang et al. and J.C. Chen.
  • the invention therefore proposes a solution that makes it possible to combine the advantages of the two types of precoders (with interference minimization or quasi-constant envelope), taking into account the quality of the transmission between the transmitting device and the receiving device.
  • the receiving device By sending the first and second pilot sequences precoded by the transmitter device, each of which relates to a distinct type of precoder, the receiving device is able to evaluate the precoding scheme leading to the best performance of the communication system on the transmitter. "current" propagation channel separating the transmitting device from the receiving device. It informs the transmitting device that can choose in an illuminated way the best precoder for transmissions to the receiving device.
  • the invention therefore proposes an adaptive solution that makes it possible to optimize the performance of the wireless communication system at any moment.
  • the performance indicators determined by the receiver device for selecting the precoding scheme are, for example, signal-to-noise ratios plus interference or rates. Such performance indicators are particularly relevant in the field of communication networks, and in particular mobile networks, and can be determined from a digital modeling of the communication system or from an empirical or semi-empirical model. These performance indicators make it possible to easily evaluate the performance of a communication system and to check whether these performances satisfy a predetermined quality or performance criterion. In addition, it is these same performance indicators that are conventionally used to select the number of streams that can be transported simultaneously, as well as the modulations and channel coding schemes to be applied to these streams when knowledge-based precoding schemes transmission channel are used (for example in the LTE standard).
  • the transmission method comprises a step of applying the pre-encoding scheme selected by the receiving device to encode data streams intended for the receiving device.
  • the invention is not limited to this case, and also applies when the transmitting device is free to apply or not the pre-encoding scheme selected by the receiving device.
  • the transmitting device may in particular, to fix its choice, take into account other parameters in addition to the recommendation sent by the receiving device, such as for example a quality indicator of the channel or CQI transmitted by the receiving device.
  • the invention offers the possibility of having an adaptation of the precoding scheme applied by the transmitting device according to the data transmission conditions; but it also offers the possibility of having an adaptive reception algorithm at the receiver device according to the pre-encoding scheme adopted by the transmitting device.
  • the receiver device can be configured to use an interference cancellation or cancellation algorithm only when it is really necessary, that is to say when the receiving device can not neglect the interference between the data streams it receives from the transmitting device, typically due to the precoding scheme applied by it to encode the data streams that it transmits to it.
  • the receiver device may comprise a data flow processing module received from the transmitting device and configured to:
  • the reception method may comprise:
  • This embodiment takes advantage of the fact that if a "conventional" precoding scheme minimizing the interference between the streams is applied to the data streams by the transmitting device, the receiving device can dispense with implementing a reception algorithm. complex to cancel this interference.
  • the receiving device if a quasi- constant envelope precoding scheme is applied to the data streams by the transmitting device, the receiving device has an interest in enabling an interference cancellation algorithm to optimize the performance of the pre-encoding scheme used and to benefit from the resulting charge or coverage gain.
  • This embodiment therefore makes it possible to limit the complexity of the receiver device and in particular the consumption of the resources of the receiving device resulting from the calculations necessary for the implementation of an interference suppression algorithm.
  • the transmitting device is able to use at each instant the best precoding scheme in view of the propagation channel which separates it from the receiver device while ensuring that it can take advantage of the rate or coverage gain resulting from the use of this precoding scheme, and on the other hand, to save the resources of the receiving device when possible.
  • the invention thus provides an effective solution for mitigating the power-off-power phenomenon associated with the power amplifiers conventionally used in wireless communication systems while taking advantage of the gains provided by precoding based on the knowledge of the transmission channel. regardless of the radio conditions in which the communication system is located.
  • the information transmitted to the transmitting device is an index identifying the selected precoding scheme.
  • the receiving device during the transmission step, also transmits to the transmitting device information representative of a number of flows that can be transported on the propagation channel and a quality indicator. channel for each stream.
  • This embodiment has a preferred application in mobile wireless communication systems such as the LTE standard which already provides for the feedback of such information between the receiving device and the transmitting device when a precoding scheme based on the knowledge of the channel in question. emission is used.
  • the first and second precoding schemes are based on knowledge by the transmitting device:
  • the invention applies advantageously in different contexts: when the wireless communication system implements a TDD mode in which the reciprocity of the channel is allowed (first case of FIG. frequency division or FDD (Frequency Division Duplex) in which there is no reciprocity of the channel.
  • the transmission and reception methods according to the invention can still be used but considering, in order to derive the precoders used by the transmitter device, an estimate of the channel based on an analog mode transfer of the channel estimation.
  • Such an estimate of the channel in analog mode and its use to determine a precoder using the knowledge of the transmission channel are described for example in the documents of E. Chiu et al. "Transmit Beamforming with Analog Channel State Information Feedback," IEEE Transactions on Wireless Communications, vol.7 No. 3, March 2008.
  • the different steps of the reception method and / or the different steps of the transmission method are determined by computer program instructions.
  • the invention also relates to a computer program on an information medium, this program being capable of being implemented in a receiving device, in a transmitting device, or more generally in a computer, this program comprising instructions adapted to the implementation of the steps of a reception or transmission process as described above.
  • 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 shape.
  • the invention also relates to a computer readable information or recording medium, and comprising instructions of a computer program as mentioned above.
  • the information or recording medium may be any entity or device capable of storing the program.
  • the medium may comprise storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or a magnetic recording medium, for example a floppy disk or a disk. hard.
  • the information or recording medium may be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, which may be conveyed via an electrical or optical cable, by radio or by other means.
  • the program according to the invention can be downloaded in particular on an Internet type network.
  • the information or recording medium 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 invention also relates to a wireless communication system comprising a transmitter device according to the invention and a receiver device according to the invention.
  • This communication system has the same advantages mentioned above as the receiving device and the transmitting device. It may also be envisaged, in other embodiments, that the reception method, the transmission method, the transmitting device, the receiving device and the communication system according to the invention present in combination all or some of the aforementioned characteristics. .
  • FIG. 1 shows, schematically, a wireless communication system according to the invention, in a particular embodiment
  • FIGS. 2A and 2B illustrate the hardware architecture of a transmitting device and a receiving device of the communication system of FIG. 1, in accordance with the invention, in a particular embodiment
  • FIG. 3 represents, in the form of a flow chart, the main steps of a transmission method according to the invention as implemented by the transmitter device of FIG. 2A;
  • FIG. 4 represents, in the form of a flow chart, the main steps of a reception method according to the invention as implemented by the receiver device of FIG. 2B.
  • FIG. 1 represents, in its environment, a wireless communication system 1 according to the invention, in a particular embodiment.
  • the system 1
  • the communication system 1 is a multi-antenna or MIMO system (Multiple Input Multiple Output) comprising:
  • a transmitting device 2 equipped with M transmit antennas TX1, TX2,..., TXM, M designating an integer greater than 1;
  • a receiver device 3 equipped with N receiving antennas RX1, RX2,..., RXN, N denoting an integer greater than 1;
  • the transmitter device 2 and the receiver device 3 being able here to communicate with each other via a wireless telecommunications network NW (not shown in FIG. 1).
  • the telecommunications network NW is for example a mobile telecommunications network offering a mode of communication according to a mode TDD (Time Division Duplex).
  • the transmitting device 2 and the receiving device 3 are separated by a propagation channel 4. It is assumed here that the communication system 1 uses, during the communications between the transmitting device 2 and the receiving device 3, a multi-carrier waveform OFDM type (for "Orthogonal Frequency Division Multiplexing").
  • the propagation channel 4 is flat in frequency (ie all the frequencies are attenuated in a similar way by the propagation channel 4) and is written in the form of a complex matrix denoted H, of NxM dimensions.
  • the coefficient of the matrix H representing the propagation channel going from the transmitting antenna TXm of the transmitting device 2 to the receiving antenna RXn of the receiving device 3 is denoted by H nm .
  • the transmitting device 2 transmits on the data it sends to the receiver device 3 a precoding which is based on knowledge by the transmitter device 2 of the propagation channel 4 which separates it from the receiver device 3 (ie coefficients of the matrix H).
  • a precoding which is based on knowledge by the transmitter device 2 of the propagation channel 4 which separates it from the receiver device 3 (ie coefficients of the matrix H).
  • the transmitting device 2 transmits on the data it sends to the receiver device 3 a precoding which is based on knowledge by the transmitter device 2 of the propagation channel 4 which separates it from the receiver device 3 (ie coefficients of the matrix H).
  • TDD mode Time Division Duplex
  • He and Hr the matrices of the channels respectively estimated by the transmitter device 2 and the receiver device 3, it is customary to consider in a TDD context that these two estimates are substantially equal to either He ⁇ Hr. If in addition the estimate made is of good quality, He ⁇ Hr ⁇ H.
  • Estimation of a propagation channel in a wireless network is a conventional operation known to those skilled in the art, not described in detail here. It may in particular rely on the sending of sequences comprising pilot symbols (also called “pilot sequences" in the following) on the propagation channel that is to be estimated.
  • the transmitting device 2 has the possibility of applying several precoding schemes, selected from two sets reflecting two distinct categories of precoding schemes based on the knowledge of the transmission channel and making it possible to transmit simultaneously several streams of data, namely:
  • a first set denoted El grouping precoding schemes minimizing the reception of interference between the precoded data streams transmitted simultaneously.
  • the precoding schemes of the first set El when used by the sending device allow the receiving device receiving the precoded data streams to neglect the interference between these data streams, dispensing it with the use of a cancellation algorithm of interference.
  • the receiver device can thus simply equalize the propagation channel seen by each data stream independently.
  • Such pre-encoding schemes include, as previously emphasized: a pre-encoding scheme of the type forcing to zero (or ZF);
  • a second set denoted E2 grouping constant or quasi-constant envelope precoding schemes (hereinafter more generally referred to as "quasi-constant envelope precoding schemes" for the sake of simplification).
  • the precoding schemes of the second set E2 when used by the transmitting device 2 to simultaneously transmit several data streams to the receiver device 3, make it possible to supply the power amplifiers of the transmitting device 2 with signals having a constant or quasi-constant envelope. constant thus having a PAPR ratio power peak power on average well below that of the precoding schemes of the set El. This results in a substantial limitation of the effects of the power back-off and a significant improvement in the quality of amplification performed by these power amplifiers. Indeed, these pre-encoding schemes guarantee an envelope variation of less than a threshold which makes it possible to promote operation of the power amplifier around its maximum power.
  • Such precoding schemes are described, as previously discussed in the articles by S. Zhang et al. entitled “Constant Envelope Precoding for MIMO Systems,” IEEE Transactions on Communications, Vol. No. 99, and J.C. Chen's “Low-PAPR Precoding Design for Massive Multiuser MIMO Systems via Riemannian Manifold Optimization,” IEEE Communications Letters, Vol. 21 No. 4, April 2017.
  • the use of these precoding schemes requires the receiving device receiving the precoded data streams to use an interference cancellation algorithm to suppress the interference introduced by the precoding.
  • the transmitting device 2 precodes the data streams that it plans to transmit to the receiver device 3 according to at least one pre-encoding scheme selected from the set El (FIG. indexed in the following by the index pl, pl designating an integer greater than 1), and according to at least one precoding scheme selected in the set E2 (indexed in the following by the index p2, p2 denoting an integer greater than 1 and different from pl).
  • precoding schemes may be set in advance (for example, the transmitter device 2 is configured with only two precoding schemes, one belonging to the set E1 and one belonging to the set E2), or selected from among the sets E1 and E2 (which may then contain a predetermined number of pre-encoding schemes chosen in advance or updated over time) by the transmitting device 2 according to predetermined criteria (eg performance, channel quality, signal-to-noise ratio, complexity, etc.).
  • predetermined criteria eg performance, channel quality, signal-to-noise ratio, complexity, etc.
  • the transmitter device 2 can apply techniques known per se and described for example for the set El in the KOTZhang document entitled “Wireless Communications: Principles, Theory and Methodology", Wiley, 2016.
  • the transmitting device 2 and the receiving device 3 have the hardware architecture of a computer.
  • the transmitter device 2 comprises, in particular, a processor 5, a random access memory 6, a read-only memory 7, a non-volatile memory 8, one or more power amplifiers 9 and communication means 10 for transmitting signals on the communication network NW to other equipment such as in particular to the receiving device 3.
  • These communication means 10 include in particular the M transmit antennas TCI ,. ., TCM of the transmitter device 2, as well as means for shaping the signals transmitted on the M transmit antennas in accordance with the communication protocols defined on the telecommunications network NW.
  • the read-only memory 7 of the transmitting device 2 constitutes a recording medium in accordance with the invention, readable by the processor 5 and on which is recorded a computer program PROG2 according to the invention, comprising instructions for the execution of the steps of an emission process according to the invention.
  • the program PROG2 defines functional modules of the transmitter device 2, which support or control the hardware elements 5 to 10 of the transmitter device 2 mentioned above, and which comprise in particular:
  • a first transmission module 2A and a second transmission module 2B configured to transmit respectively to the receiver device 3, a first coded pilot sequence with a first precoding scheme selected from the first set El and a second pilot sequence coded with a second precoding scheme selected from the second set E2;
  • a reception module 2C able to receive information indicating a precoding scheme selected by the receiver device 3 between the first and the second precoding scheme, on the basis of performance indicators determined by the receiver device from the first coded pilot sequence and the second coded pilot sequence;
  • a 2D application module configured to apply the pre-encoding scheme selected by the receiver device 3 and corresponding to the information received by the reception module 2C.
  • the activation of the 2D application module may possibly be conditioned by the compliance with one or more criteria related, for example, to the quality of the transmission channel, the achievable performances, etc. It may be criteria identical or similar to those used today in the state of the art considered by the transmitting devices that receive receiving devices recommendations concerning the application of a modulation and / or a scheme particular channel coding in transmission.
  • modules 2A to 2D are described in more detail later.
  • the latter comprises, a processor 11, a random access memory 12, a read-only memory 13, and communication means 14 enabling it to transmit and receive signals on the communication network NW to other devices, such as for example to the transmitting device 2.
  • These communication means include in particular the N receiving antennas RX1, ..., RXN of the receiver device 3 .
  • the read-only memory 13 of the receiver device 3 constitutes a recording medium in accordance with the invention, readable by the processor 11 and on which is recorded a computer program PROG3 according to the invention, comprising instructions for the execution of the steps of a reception method according to the invention.
  • the program PROG3 defines functional modules of the receiver device 3, which support or control the hardware elements 11 to 14 of the receiver device 3 mentioned above, and which comprise in particular:
  • a first reception module 3A and a second reception module 3B able to receive and process respectively a first pilot sequence, coded by a transmitter device 2, with a first pre-encoding scheme selected in the first set El and a second pilot sequence; , encoded by the transmitting device with a second precoding scheme selected in the second set E2;
  • a determination module 3C configured to determine a performance indicator for the first precoding scheme using the received first coded driver sequence and a performance indicator for the second precoding scheme using the received second coded driver sequence;
  • a 3D selection module configured to select on the basis of the indicators determined by the determination module 3C, the precoding scheme among the first and the second precoding scheme corresponding to the best performance of the communication system with respect to a criterion predetermined;
  • a transmission module 3E configured to transmit to the transmitting device 2 information indicating the selected precoding scheme
  • a processing module 3F of the data streams received from the transmitting device 2 and configured:
  • Such an interference cancellation algorithm is known per se. It depends, of course, on the precoding scheme applied in transmission. For the two examples previously provided of quasi-constant envelope precoding schemes, such algorithms are presented in the articles already cited describing these two precoding schemes.
  • the receiver device 3 When the receiver device 3 has knowledge of the precoding scheme applied by the transmitting device 2 to code the data streams that it sends to it, it is easy for the receiver device 3 to adapt accordingly the choice of the algorithm of adequate interference cancellation if the pre-encoding scheme applied by the transmitting device 2 does not allow it to neglect the interference between the data streams received.
  • HG NXM denotes the complex matrix representing the propagation channel 4 in the device direction.
  • transmitter 2 to receiver device 3 for a given subcarrier.
  • K min min (N, M) the number of independent data streams that the transmitting device 2 sends simultaneously to the receiver device 3;
  • the complex precoding matrix applied by the transmitting device 2 to the data symbol vector (also referred to more simply as “data vector”) x is also referred to more simply as "data vector" x.
  • This matrix (also commonly referred to as a "precoder”) depends, of course, on the pre-encoding scheme applied by the transmitter device 2, as well as the modulation and channel coding used in transmission, and is calculated by the transmitter device 2 from the knowledge he has of the matrix H of the channel. The calculation of this matrix is described in more detail later for different examples of precoding schemes.
  • a data stream designates generally a set comprising one or more data symbols transmitted successively on the same antenna.
  • ve C N denotes the vector of the data symbols received by the N receiving antennas of the receiver device 3 (v n representing the symbol received by the reception antenna RXn of the receiver device 3), we can write:
  • the receiving device 3 Upon reception of the vector v, the receiving device 3 generally applies a decoding matrix denoted R e C KXN (which may be the identity) in order to retrieve the data symbols x transmitted by the transmitting device 2.
  • the matrix of Decoding R depends, of course, on the precoding scheme applied by the transmitter device 2. It is assumed here that the receiver device 3 knows the precoding scheme applied by the transmitter device 2, ie it does not know the coefficients of the matrix P but knows that precoding is applied by the transmitting device 2 and knows the nature of this precoding, that is to say if it is a precoding scheme of the set E1 or E2 and which precoding scheme it is (eg precoding type ZF, MRT, etc.).
  • the transmitting device 2 can signal to the receiving device 3 in a signaling message, the precoding scheme that it uses using an appropriate parameter such as an index uniquely designating this precoding scheme.
  • the receiver device 3 and the transmitter device 2 are both provided with means configured to estimate the matrix H representing the channel of transmission. spread 4 that separates them.
  • the estimate He of the propagation channel 4 in the sense of the receiver device 3 to the transmitter device 2 realized by the transmitter device 2 is substantially equal to the estimate Hr of the propagation channel 4 in the direction transmitter device 2 to receiver device 3 made by the receiver device 3, and that these estimates represent the matrix H, ie He ⁇ Hr ⁇ H.
  • the transmitter device 2 and the device Receiver 3 uses this assumption to calculate respectively the coefficients of the precoding matrix P and the decoding matrix R, as illustrated hereinafter for different examples of precoding schemes belonging to the first set El.
  • the first set El comprises, as previously indicated, pre-coding schemes minimizing the interference between the data streams at the receiving device 3.
  • the coefficients of the precoding matrix P and those of the matrix of R decoding are calculated from the estimates He and Hr so as to ensure that the matrix produces RHP is substantially equal to a diagonal matrix D (so as to neglect the interference after application of the matrix R).
  • the data symbols obtained after decoding ie the coefficients of the vector y
  • the equalization can be carried out simple independently for each stream (the nth symbol of x can be estimated only from the nth symbol of y).
  • the transmitter device 2 calculates the precoding matrix P as a function of the matrix product He (He) ⁇ where (He) ⁇ designates the Hermitian transform of the He matrix. More particularly, it applies a decomposition in eigenvalues to the matrix He (He) ⁇ :
  • He (He) ⁇ (Ae) Ae (Ae) ⁇
  • Ae e C NXN is a diagonal matrix
  • the receiver 3 computes the decoding matrix R based on the matrix product Hr (Hr) ⁇ . More precisely, it applies a decomposition in values specific to the matrix Hr (Hr) ⁇ :
  • G denotes a matrix estimated by the receiving device 3 and representing the matrix product H (He) ⁇ Ae.
  • the receiver device 3 can simply use a simple reception algorithm to estimate the vector of the receiver. data symbols x from the vector y.
  • This reception algorithm consists of simply equalizing the channel seen by each stream independently.
  • the sending device 2 calculates the precoding matrix P defined by:
  • the resulting decoding matrix R to be applied at the receiver device 3 is the identity matrix (that is, the receiver device 3 does not apply a decoding matrix).
  • the sending device 2 calculates the precoding matrix P defined by:
  • the resulting decoding matrix R to be applied at the receiver device 3 corresponds to the identity matrix (in other words, the receiver device 3 does not apply a decoding matrix).
  • the illustrative examples which have just been described concern precoding schemes of the set El minimizing the interference between flows at the receiver device 3.
  • precoding schemes of the set El it is important to determine the matrices of P precoding and R decoding so that after application if necessary at the receiving device of the decoding matrix R (this may be the identity), it is possible to neglect the interference between the data streams transmitted simultaneously by the transmitting device 2.
  • the precoding matrices P whose calculation has just been detailed correspond to the precoding that the transmitting device 2 would actually apply to the data streams if the one or more power amplifier (s) used by it was (in) ideal (ux) and without limitations.
  • the transmitting device encounters a power back-off phenomenon related to the limitations of the power amplification which is implemented at the transmitter device.
  • the invention advantageously makes it possible to mitigate this effect when it is likely to compromise the precoding or coverage gain resulting from the use of a precoding scheme.
  • the constraint to be respected in this case by the transmitting device 2 for determining the precoding matrix P is the quasi-constant envelope of the signals obtained at the output of the precoding.
  • the receiver device 3 determines the coefficients of the corresponding decoding matrix R as well as the interference cancellation algorithm to be applied to the vector y obtained after application of the decoding matrix R so as to take account of and to removing the interference introduced by the precoding matrix P applied by the transmitting device 2 between the data streams transmitted simultaneously by the transmitting device 2.
  • the transmitting device 2 and the receiving device 3 proceed as indicated in these articles.
  • the transmitting device 2 and the receiving device 3 have at each instant an estimate of the propagation channel 4 (estimation Hr of the channel in the direction transmitter device 2 to receiver device 3 for receiver device 3, and estimation He of channel in the direction receiver device 3 to transmitter device 2).
  • the transmitter device 2 selects, via its first transmission module 2A, a first precoding scheme indexed by an index p1 from the set E1 of the schemes of FIG. precoding minimizing the reception interference between the data streams transmitted simultaneously by means of these precoding schemes.
  • the set El contains a unique precoding scheme, determined in advance for the communication system 1.
  • the set E1 can comprise several precoding schemes and in this case the sending device 2 can select the first precoding scheme, taking into account criteria such as, for example, the quality of the propagation channel, the service to which the devices relate. data to be transmitted to the receiver device 3, etc. Such selection techniques are known per se and are not described here.
  • the transmitter device 2 via its first transmission module 2A, calculates the coefficients of the precoding matrix PI (or precoder) corresponding to the first precoding scheme indexed by pl in order to apply it to a first sequence of pilot symbols. seqPl (step E10).
  • the transmitting device 2 then precodes with the aid of the first precoding scheme indexed by p1 and defined by the precoding matrix P1, a first sequence of pilot symbols designated by seqPl associated with the precoding scheme indexed by p1 (step E20).
  • This first pilot sequence is a column vector of dimension K.
  • the sequence of pilot symbols seqPl is chosen from a set of predetermined pilot sequences, distinguishable and identifiable, and defined from methods known to those skilled in the art: it may be for example predefined and orthogonal time-frequency patterns between them, predefined and orthogonal codes between them, etc.
  • These pilot sequences are known from the transmitter device 2 and the receiver device 3, as well as the correspondence between these pilot sequences and the precoding schemes associated with them (or the indices uniquely identifying these precoding schemes).
  • a separate pilot sequence may be associated with each precoding scheme that may be used by the transmitting device 2; alternatively, a separate pilot sequence may be associated with a precoding scheme selected from the set E1 and a precoding scheme selected from the set E2.
  • the transmitting device 2 transmits to the receiver device 3 on the propagation channel 4, via its first transmission module 2A and its M transmit antennas, the first pilot sequence seqPl thus coded with the first precoding scheme indexed by pl (In other words, it transmits the vector defined by the product Pl.seqPl on its M transmit antennas) (step E30).
  • the transmitter device 2 selects, via its second transmission module 2B, a second precoding scheme indexed by an index p2 from the set E2 of quasi-constant envelope precoding schemes.
  • the set E2 also contains a single precoding scheme, determined in advance for the communication system 1.
  • the set E1 can comprise a plurality of precoding schemes and the second transmission module 2B can select a precoding scheme from among this plurality of precoding schemes according to techniques known per se.
  • the transmitting device 2 via its second transmission module 2B, calculates the coefficients of the precoding matrix P2 (or precoder) corresponding to the second precoding scheme indexed by p2 (step E40). It proceeds for this purpose as described for example above, from the estimate He of the propagation channel 4 which it has, the number K of data streams as well as the modulation and channel coding scheme that it uses in transmission for these data flows.
  • the transmitting device 2 then precodes, using the second precoding scheme indexed by p2 and defined by the precoding matrix P2, a second sequence of pilot symbols designated by seqP2 associated with the second precoding scheme indexed by p2 (step E50).
  • This second pilot sequence is a K-dimensional column vector.
  • step E60 it transmits on the propagation channel 4 to the receiver device 3, via its second transmission module 2A and its M transmit antennas, the second pilot sequence seqP2 thus coded with the second precoding scheme indexed by p2 (the vector P2.seqP2) (step E60).
  • the sequences seqPl and seqP2 are processed sequentially by the transmitting device 2 and transmitted on the propagation channel 4 successively.
  • the steps E10 to E30 and E40 to E60 can be carried out in parallel by the transmitter device 2.
  • the transmission of the pilot sequence seqP2 does not depend causally on the transmission of the pilot sequence seqPl (respectively seqP2) via a return of the receiver to the transmitter. There can therefore be a simultaneous transmission of the pilot sequences seqPl and seqP2 for example in the same OFDM symbol.
  • the appropriate choice of the seqPl and seqP2 pilot sequences is such that they do not interfere either because they occupy resources (RE: Resource Elements) different from the same OFDM symbol, or because of a following orthogonality a scalar product between the seqPl and seqP2 pilot sequences.
  • the pilot sequences can thus be received simultaneously by the receiver.
  • the receiving device 3 receives, via its first reception module 3A and its N receiving antennas, the first pilot sequence seqPl coded by the transmitter device 2 by using the first index-indexed precoding scheme. pl and defined by the precoding matrix P1 (step F10).
  • the sequence received by the first reception module 3A corresponding to the first pilot sequence seqPl encoded by the transmitting device 2 and transmitted on the propagation channel 4 defined by the matrix H is noted RxseqP1.
  • the receiver device 3 estimates here via its first reception module 3A, from the sequence RxseqPl, the precoded channel corresponding to the product of the matrix H of the propagation channel 4 by the precoding matrix PI in a manner known per se (step F20). It uses for this purpose estimation techniques known per se, for example by correlating the pilot sequence seqPl with the sequence RxseqPl received.
  • the receiver device 3 determines, by means of its determination module 3B, a performance indicator indicl for the first precoding scheme indexed by p1 using the estimate of the precoded channel H.P1 that it has just calculated from the sequence RxseqPl (step F30).
  • the estimated signal-to-noise plus interference ratio for the data flow indexed by the index k can be estimated for example by the determination module 3C by means of the following formula:
  • G1 corresponds to the estimate of the precoded channel HP1 determined by the receiver device 3 during the step F20 and P noise designates the power of the noise that can be estimated by the determination module 3C of the receiver device 3 according to techniques known in the art. self and not described here.
  • the reception module 3C of the receiver device 3 determines the indicl performance indicator chosen by using a digital model of the reception algorithm that it applies to the data it receives from the transmitter device 2.
  • a digital model of the reception algorithm that it applies to the data it receives from the transmitter device 2.
  • the numerical model is easy to determine for the precoding schemes of the set El since the reception algorithm consists of a simple equalization of each of the data streams independently as mentioned above.
  • performance indicators may be considered, such as for example a theoretical achievable bit rate for each data stream (estimated according to the formula log2 (l + sinr k ) with stnr fc calculated as described above), a bit rate predicts semi-empirically or by using quality tables parameterized by the ratio sinr k , etc.
  • the receiving device 3 receives, via its second reception module 3B and its N receiving antennas, the second pilot sequence seqP2 coded by the transmitting device 2 by using the second precoding scheme indexed by the index p2 and defined by the precoding matrix P2 (step F40).
  • the sequence received by the second reception module 3B corresponding to the second seqP2 pilot sequence coded by the transmitting device 2 and transmitted on the propagation channel 4 defined by the matrix H is noted RxseqP2.
  • the receiver device 3 Upon reception of the sequence RxseqP2, the receiver device 3 estimates here via its second reception module 3B, from the sequence RxseqP2, the precoded channel corresponding to the product of the matrix H of the propagation channel 4 by the precoding matrix P2 in a manner known per se (step F40). It uses for this purpose estimation techniques known per se, for example by correlating the pilot sequence seqP2 with the sequence RxseqP2 received.
  • the receiver device 3 determines, by means of its determination module 3B, an indicative performance indicator indic2 for the second precoding scheme indexed by p2 by using the estimate of the precoded channel HP2 that it has just calculated from the sequence RxseqP2 (step F50).
  • the determination module 3C uses a numerical model of the processing algorithm that it uses for cancel the residual interference related to the use of a constant envelope precoding scheme.
  • This digital model of course depends on the processing algorithm used by the receiver device 3.
  • the receiver device 3 can for example use the processing algorithm and the corresponding digital model described in the document by R. Visoz and al. entitled "Semi-Analytical Performance Prediction Methods for Iterative MMSE-IC Multiuser MIMO Joint Decoding," IEEE Transactions on Communications, vol. 58, no. 9, pp. 2576-2589, September 2010.
  • sequences seqPl and seqP2 can be processed sequentially or simultaneously by the receiver device 3 according to whether they were transmitted sequentially or simultaneously.
  • Steps F10 to F30 and F40 to F60 can be conducted sequentially or in parallel by the receiver device 3.
  • the receiver device 3 via its 3D selection module, selects the precoding scheme from the first precoding scheme indexed by pl and the second precoding scheme indexed by p2 leading to the best performance of the communication system 1 with respect to a predetermined criterion (step F70).
  • “best” is meant here the pre-encoding scheme which presents the performance indicator reflecting the best performance for the communication system 1 in view of a predetermined criterion.
  • This criterion can be, for example, a flow criterion, such as, for example, the best theoretical rate achievable on the K flows emitted by the transmitting device 2 (obtained by summing the theoretical rates achievable on each of the flows, in other words), or a criterion signal-to-noise ratio plus interference, such as, for example, the best signal-to-noise ratio plus average interference over all K data streams, etc.
  • a flow criterion such as, for example, the best theoretical rate achievable on the K flows emitted by the transmitting device 2 (obtained by summing the theoretical rates achievable on each of the flows, in other words)
  • a criterion signal-to-noise ratio plus interference such as, for example, the best signal-to-noise ratio plus average interference over all K data streams, etc.
  • the receiver device 3 furthermore determines here, from the estimate of the precoded channel which it has for the selected precoding scheme, and by using the numerical model of the reception algorithm that it applies, the number of streams that can be transmitted simultaneously by the transmitter device 2 to the receiver device 3 to achieve a given quality of service, and a quality indicator of the CQI channel.
  • the receiving device 3 proceeds to this effect in a manner similar or identical to what is achieved in the state of the art.
  • the receiver device 3 via its transmission module 3E, transmits in a signaling message the index of the pre-encoding scheme selected by the 3D selection module transmitter device 2 (step F80).
  • This index constitutes information indicating the precoding scheme selected by the 3D selection module within the meaning of the invention.
  • the signaling message used to transmit the index identifying the selected pre-encoding scheme may be the same signaling message as that which allows the receiver device 3 to go back to the transmitting device its recommendations as to the number of data streams to be transmitted (indicator of rank) and the quality indicator of the channel or CQI he has determined.
  • the sending device 2 on receiving the signaling message sent by the receiver device 3 by its reception module 2C (step E70), the sending device 2 activates its 2D processing module so that it triggers the use of the precoding scheme recommended by the receiving device 3 (step E80).
  • the 2D processing module activates the precoding of the data streams intended for the transmitting device 2 by means of the first precoding scheme indexed by pl.
  • the 2D processing module activates the precoding of the data streams intended for the transmitting device 2 by means of the second precoding scheme indexed by p2.
  • the transmitting device 2 signals to the receiver device 3 the applied precoding scheme (or index indexing this scheme) for precoding the data streams that it sends to it (step E90).
  • This signal constitutes the transmission of information indicating the precoding scheme used by the transmitting device 2 within the meaning of the invention.
  • the transmitting device 2 transmits to the receiver device 3 precoded data streams by applying this precoding scheme (step E100), until here that the receiving device 3 recommends that it use another precoding scheme.
  • the receiving device 3 On receipt of the information indicating the precoding scheme used by the transmitting device 2 (step F90), the receiving device 3 determines which reception algorithm to use to process the data streams transmitted by the transmitting device 2 to it.
  • the receiving device 3 activates the use by its processing module 3F of a simple equalization algorithm not implementing a cancellation technique of interference (step Fl 10), but consisting solely of equalize independently on each data stream transmitted by the transmitting device the propagation channel.
  • the receiving device 3 activates the use by its processing module 3F of a suitable interference cancellation algorithm (step F120).
  • the invention therefore makes it possible, on the one hand, to use a pre-encoding scheme in transmission and to benefit from the gain provided by this pre-encoding scheme whatever the transmission conditions, but also to limit the complexity of the receiver device 3 by activating interference cancellation only when this is necessary.
  • communication system 1 was considered to communicate according to the TDD duplexing mode, which made it possible to rely on reciprocal hypotheses of the propagation channel in the sense of the transmitting device. to the receiving device and the propagation channel in the direction of the receiving device to the transmitting device.
  • TDD duplexing mode which makes it possible to rely on reciprocal hypotheses of the propagation channel in the sense of the transmitting device. to the receiving device and the propagation channel in the direction of the receiving device to the transmitting device.
  • this assumption is not limiting of the invention, and the invention can also be applied in a context where a FDD duplexing mode is implemented.
  • the transmitter device 2 can use a channel estimation method based on an analog mode transfer of the estimation of the propagation channel in the direction transmitter device 2 to receiver device 3.
  • Receiver device 3 also transmits a sequence of pilot symbols to the device transmitter which enable the transmitter device 2 to estimate the propagation channel HUL in the direction of the receiver device 3 to the transmitter device 2.
  • the transmitter device 2 estimates the HDL propagation channel in the direction of the transmitter device 2 to the receiver device 3 from two estimates:
  • the HDL estimate obtained corresponds to the estimation He considered in the context
  • the transmitting device 2 determines the precoding matrices PI and P2 as previously described in TDD mode from the estimation He thus obtained.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Procédés de réception et d'émission, et dispositifs récepteur et émetteur d'un système de communication sans fil Le procédé de réception selon l'invention comprend : ¾ la réception (F10) d'une première séquence pilote, codée par un dispositif émetteur avec un premier schéma de précodage basé sur une connaissance par le dispositif émetteur d'un canal de propagation entre les dispositifs émetteur et récepteur, ce premier schéma permettant un transport simultané de plusieurs flux de données et minimisant une interférence entre ces flux; ¾ la réception (F40) d'une deuxième séquence pilote, codée par le dispositif émetteur avec un deuxième schéma de précodage à enveloppe quasi-constante basé sur une connaissance par le dispositif émetteur du canal de propagation, ce deuxième schéma permettant un transport simultané de plusieurs flux de données; ¾ la détermination (F30,F60) d'un indicateur de performance pour les premier et deuxième schémas de précodage en utilisant les séquences pilotes codées reçues; ¾ la sélection (F70), à partir des indicateurs déterminés, du schéma de précodage conduisant aux meilleures performances au regard d'un critère prédéterminé; et ¾ la transmission (F80) au dispositif émetteur d'une information indiquant le schéma de précodage sélectionné.

Description

Procédés de réception et d'émission, et dispositifs récepteur et émetteur d'un système de communication sans fil
Arrière-plan de l'invention
L'invention se rapporte au domaine général des télécommunications, et notamment au domaine des communications sans fil mises en oeuvre sur des réseaux de type radio tels que des réseaux mobiles (ex. 3G, 4G, 5G, etc.), WiFI (Wireless Fidelity), etc.
Elle concerne plus particulièrement la transmission (émission et réception) de flux de données sur un réseau radio par un système de communication comprenant un dispositif émetteur et un dispositif récepteur chacun équipé d'antennes multiples, aussi appelé système de communication MIMO (Multiple Input Multiple Output).
Dans un tel contexte, il est connu d'utiliser au niveau du dispositif émetteur un précodeur permettant de transmettre simultanément à destination du dispositif récepteur, en utilisant les mêmes ressources radio (ex. fréquences radio), plusieurs flux de données via les différentes antennes d'émission du dispositif émetteur. Un tel précodeur est basé sur la connaissance par le dispositif émetteur du canal de propagation (ou canal de transmission) qui le sépare du dispositif récepteur. Il permet au dispositif émetteur de délivrer des données au dispositif récepteur avec une haute efficacité spectrale grâce à la formation de faisceaux (aussi appelée « beamforming » en anglais) transportant les flux de données. Des exemples connus de tels précodeurs utilisent notamment un schéma de beamforming de type forçage à zéro (ou ZF pour « Zéro Forcing » en anglais), un schéma de précodage de type transmission à ratio maximal (ou MRT pour « Maximum Ratio Transmission » en anglais), un schéma de précodage par formation de faisceaux propres (ou « eigenbeamforming » en anglais), un schéma de précodage par formation de faisceaux par décomposition en valeurs propres (ou « SVD » pour « Singular Value Décomposition » en anglais), etc. Grâce à ce type de précodeurs, l'interférence entre flux est négligeable au niveau du dispositif de récepteur, et celui-ci peut se contenter d'utiliser un algorithme de réception très simple consistant à égaliser le canal de propagation vu par chaque flux indépendamment. Dans la suite de la description, on désigne ces précodeurs ou schémas de précodage par précodeurs ou schémas de précodage basés sur la connaissance du canal en émission et minimisant l'interférence en réception entre les flux de données.
Le standard LTE (Long Term Evolution) défini par le comité de normalisation 3GPP (Third Génération Partnership Program) utilise un schéma de précodage en émission basé sur une connaissance du canal de propagation tel qu'évoqué ci-dessus. Ce schéma de précodage est décrit notamment dans le document 3GPP TS 36.201 V14.1.0 (mars 2017) intitulé « 3GPP Technical Spécification Group Radio Access Network ; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) ; LTE physical layer ; General description (Release 14) ». En mode de duplexage temporel ou TDD (pour « Time Division Duplex » en anglais), le précodage de flux de données émis par un dispositif émetteur multi-antenne est réalisé selon cinq étapes principales : — Etape 1 : Le dispositif récepteur envoie au dispositif émetteur des séquences pilotes prédéfinies et connues du dispositif émetteur. Celui-ci estime le canal de propagation dans le sens dispositif récepteur vers dispositif émetteur à partir des séquences pilotes qu'il a reçues. En mode TDD, il est d'usage de considérer que le canal de propagation est réciproque, autrement dit, que le canal de propagation dans le sens dispositif émetteur vers dispositif récepteur et le canal de propagation dans le sens dispositif récepteur vers dispositif émetteur sont identiques. Cette propriété est exploitée par le dispositif émetteur qui utilise l'estimation qu'il a réalisée comme une estimation du canal de propagation allant du dispositif émetteur vers le dispositif récepteur. Cette estimation est modélisée par exemple par une matrice notée He.
— Etape 2 : Le dispositif émetteur utilise ensuite la connaissance du canal de propagation dont il dispose (matrice He) pour calculer les coefficients d'un précodeur (modélisé par une matrice P) destiné à être appliqué aux flux de données qu'il souhaite transmettre vers le dispositif récepteur. Le précodeur P est choisi de telle sorte que l'interférence entre les flux de données est minimisée au niveau du dispositif récepteur (autrement dit elle est négligeable au niveau du dispositif récepteur ce qui permet de simplifier l'algorithme de réception utilisé par ce dernier). Un tel précodeur est par exemple l'un de ceux cités précédemment. Les coefficients du précodeur P dépendent de la modulation (par exemple, modulation en quadrature de phase ou QPSK (pour « Quadrature Phase Shift Keying » en anglais), modulation d'amplitude en quadrature ou QAM (pour « Quadrature Amplitude Modulation » en anglais) de type 16QAM, 64QAM ou 256QAM, etc.) et du schéma de codage de canal utilisés lors de la transmission (ceux-ci pouvant différer pour chaque flux de données).
— Etape 3 : Le dispositif émetteur envoie ensuite au dispositif récepteur des séquences pilotes prédéfinies connues du dispositif récepteur, et précodées avec le précodeur P qu'il vient de déterminer. Ces séquences pilotes comprennent par exemple des symboles de référence ou CSI-RS (pour « Channel State Information Référencé Symbols ») tel que décrit dans le standard 3GPP. Le dispositif récepteur mesure le canal de propagation précodé HP à partir des séquences pilotes reçues. Puis il en déduit, en utilisant un modèle numérique de l'algorithme de réception qu'il applique (qui est simple puisque du fait de l'utilisation du précodeur, l'interférence entre les flux est négligeable), le nombre de flux pouvant être transmis simultanément sur le canal de propagation séparant le dispositif émetteur du dispositif récepteur pour atteindre une qualité de service déterminée, ainsi que le débit atteignable pour chacun des flux, et en corollaire, la modulation et le schéma de codage de canal pouvant être utilisés en fonction de ce débit atteignable sur chacun des flux.
— Etape 4 : Le dispositif récepteur transmet au dispositif émetteur, dans un message de signalisation, un indicateur de rang représentatif du nombre de flux pouvant être transmis simultanément sur le canal de propagation ainsi qu'un indicateur de qualité de canal (ou CQI pour « Channel Quality Indicator ») pour chaque flux de données. — Etape 5 : Le dispositif émetteur peut décider, en fonction de l'indicateur de qualité de canal CQI reçu, de ne pas émettre de flux de données à destination du dispositif récepteur. Sinon, il émet les données codées à destination du dispositif récepteur en utilisant le précodeur P déterminé à l'étape 2 et avec le débit correspondant à l'indicateur de qualité de canal CQI reçu du dispositif récepteur.
L'utilisation d'un précodeur ou schéma de précodage basé sur la connaissance du canal à l'émission tel qu'un précodeur de type ZF, MRT, SVD ou eigenbeamforming, permet certes de simplifier l'algorithme de réception mis en oeuvre par le dispositif récepteur, mais présente toutefois un inconvénient lié à l'utilisation dans les systèmes radio, d'amplificateurs de puissance. En effet, le précodage des flux de données conduit à une variation de leur puissance dans le temps et d'un flux à l'autre. Pour que ce précodage soit fidèlement réalisé par l'amplificateur, il est nécessaire de rester dans son domaine de fonctionnement linéaire, autrement dit de s'assurer que l'amplificateur émette à une puissance moyenne comprise entre sa puissance minimale et sa puissance maximale, ce qui conduit à limiter la puissance crête résultant du précodage des flux de données. Ce phénomène est connu sous le nom de « power back-off ».
Lorsque le dispositif récepteur se trouve dans de bonnes conditions radio (i.e. très bon rapport signal sur bruit), une haute efficacité spectrale ou une couverture importante peut être atteinte grâce au précodage en dépit du phénomène de power back-off, c'est-à-dire que même réduit en raison du power back-off, le rapport signal-sur-bruit est suffisant pour atteindre des hauts débits ou une bonne couverture. En revanche, lorsque les conditions radio se dégradent, la diminution du rapport signal sur bruit sous l'effet du power back-off entraine une réduction voire une suppression du gain de débit ou de couverture apporté par le précodage.
Pour pallier cet inconvénient, de nouveaux précodeurs dits à enveloppe constante ou quasi-constante basés sur la connaissance du canal à l'émission ont été proposés. Ces précodeurs permettent de fournir aux amplificateurs de puissance, des signaux ayant une enveloppe constante ou quasi-constante présentant un ratio puissance crête sur puissance moyenne (ou PAPR pour « Peak-to-Average Ratio » en anglais) bien inférieur à celui des schémas de précodage classiques évoqués précédemment. Il en résulte une limitation substantielle des effets du power back-off et une amélioration sensible de la qualité de l'amplification réalisée par les amplificateurs de puissance. En outre, ces précodeurs à enveloppe constante ou quasi-constante sont compatibles avec l'utilisation d'amplificateurs à faible variation d'enveloppe. Des exemples de tels précodeurs sont décrits dans les articles de S. Zhang et al. intitulé « Constant Envelope Precoding for MIMO Systems », IEEE Transactions on Communications, vol. 66 n°l, janvier 2018, et de J.C. Chen intitulé « Low-PAPR Precoding Désigna for Massive Multiuser MIMO Systems via Riemannian Manifold Optimization », IEEE Communications Letters, vol. 21 n°4, avril 2017.
L'inconvénient de ces précodeurs (désignés dans la suite de la description par précodeurs ou schémas de précodage à enveloppe quasi-constante basés sur une connaissance du canal en émission ou par le dispositif émetteur) est qu'ils introduisent de l'interférence entre les flux de données qu'ils envoient simultanément sur les antennes du dispositif émetteur. Si cette interférence n'est pas éliminée au niveau du dispositif récepteur, le gain de débit ou de couverture apporté par le précodage est fortement réduit voire supprimé. Il est donc nécessaire, lorsque de tels précodeurs sont utilisés par un dispositif émetteur, de prévoir au niveau du dispositif récepteur un algorithme de réception permettant de supprimer l'interférence introduite par le schéma de précodage. Or un tel algorithme est coûteux en termes de ressources : il nécessite en effet la réalisation d'un certain nombre de calculs qui consomment de l'énergie au niveau du dispositif récepteur. Lorsque le dispositif récepteur est équipé d'une batterie (par exemple lorsqu'il s'agit d'un terminal mobile), cette consommation a un impact négatif direct sur la durée de vie de cette batterie.
Objet et résumé de l'invention
L'invention vise notamment à remédier aux inconvénients précités en proposant un procédé de réception par un dispositif récepteur d'un système de communication sans fil, équipé d'une pluralité d'antennes de réception, ce procédé de réception comprenant :
— une étape de réception d'une première séquence pilote, codée par un dispositif émetteur du système équipé d'une pluralité d'antennes d'émission avec un premier schéma de précodage basé sur une connaissance par le dispositif émetteur d'un canal de propagation entre les dispositifs émetteur et récepteur, ce premier schéma de précodage permettant un transport simultané de plusieurs flux de données et minimisant une interférence au niveau du dispositif récepteur entre ces flux de données ;
— une étape de réception d'une deuxième séquence pilote, codée par le dispositif émetteur avec un deuxième schéma de précodage à enveloppe quasi-constante basé sur une connaissance par le dispositif émetteur dudit canal de propagation, ce deuxième schéma de précodage permettant un transport simultané de plusieurs flux de données ;
— une étape de détermination d'un indicateur de performance pour le premier schéma de précodage en utilisant la première séquence pilote codée reçue et d'un indicateur de performance pour le deuxième schéma de précodage en utilisant la deuxième séquence pilote codée reçue ;
— une étape de sélection, sur la base des indicateurs de performance déterminés, du schéma de précodage entre le premier et le deuxième schéma de précodage conduisant aux meilleures performances du système de communication au regard d'un critère prédéterminé ; et
— une étape de transmission au dispositif émetteur d'une information indiquant le schéma de précodage sélectionné.
Corrélativement, l'invention vise aussi un dispositif récepteur d'un système de communication sans fil, ledit dispositif récepteur étant équipé d'une pluralité d'antennes de réception et comprenant : — un premier module de réception, apte à recevoir une première séquence pilote, codée par un dispositif émetteur du système équipé d'une pluralité d'antennes d'émission avec un premier schéma de précodage basé sur une connaissance par le dispositif émetteur d'un canal de propagation entre les dispositifs émetteur et récepteur, ce premier schéma de précodage permettant un transport simultané de plusieurs flux de données et minimisant une interférence au niveau du dispositif récepteur entre ces flux de données ;
— un deuxième module de réception, apte à recevoir une deuxième séquence pilote, codée par le dispositif émetteur avec un deuxième schéma de précodage à enveloppe quasi-constante basé sur une connaissance par le dispositif émetteur dudit canal de propagation, ce deuxième schéma de précodage permettant un transport simultané de plusieurs flux de données ;
— un module de détermination, configuré pour déterminer un indicateur de performance pour le premier schéma de précodage en utilisant la première séquence pilote codée reçue et un indicateur de performance pour le deuxième schéma de précodage en utilisant la deuxième séquence pilote codée reçue ;
— un module de sélection, configuré pour sélectionner sur la base des indicateurs de performance déterminés, un schéma de précodage entre le premier et le deuxième schéma de précodage conduisant aux meilleures performances du système de communication au regard d'un critère prédéterminé ; et
— un module de transmission, configuré pour transmettre au dispositif émetteur une information indiquant le schéma de précodage sélectionné.
L'invention propose également un procédé d'émission par un dispositif émetteur d'un système de communication sans fil équipé d'une pluralité d'antennes d'émission, ce procédé d'émission comprenant :
— une étape d'émission vers un dispositif récepteur du système comprenant une pluralité d'antennes de réception, d'une première séquence pilote codée avec un premier schéma de précodage basé sur une connaissance par le dispositif émetteur d'un canal de propagation entre les dispositifs émetteur et récepteur, ce premier schéma de précodage permettant un transport simultané de plusieurs flux de données et minimisant une interférence au niveau du dispositif récepteur entre ces flux de données ;
— une étape d'émission vers le dispositif récepteur d'une deuxième séquence pilote, codée par le dispositif émetteur avec un deuxième schéma de précodage à enveloppe quasi-constante basé sur une connaissance par le dispositif émetteur dudit canal de propagation, ce deuxième schéma de précodage permettant un transport simultané de plusieurs flux de données ;
— une étape de réception d'une information indiquant un schéma de précodage sélectionné par le dispositif récepteur entre le premier et le deuxième schéma de précodage sur la base d'indicateurs de performance déterminés par le dispositif récepteur à partir de la première séquence pilote codée et de la deuxième séquence pilote codée. Corrélativement, l'invention concerne aussi un dispositif émetteur d'un système de communication sans fil, ledit dispositif émetteur étant équipé d'une pluralité d'antennes d'émission et comprenant :
— un premier module d'émission, configuré pour émettre vers un dispositif récepteur du système comprenant une pluralité d'antennes de réception, une première séquence pilote codée avec un premier schéma de précodage basé sur une connaissance par le dispositif émetteur d'un canal de propagation entre les dispositifs émetteur et récepteur, ce premier schéma de précodage permettant un transport simultané de plusieurs flux de données et minimisant une interférence au niveau du dispositif récepteur entre ces flux de données ;
— un deuxième module d'émission, configuré pour émettre vers le dispositif récepteur une deuxième séquence pilote, codée par le dispositif émetteur avec un deuxième schéma de précodage à enveloppe quasi-constante basé sur une connaissance par le dispositif émetteur dudit canal de propagation, ce deuxième schéma de précodage permettant un transport simultané de plusieurs flux de données ;
— un module de réception, apte à recevoir une information indiquant un schéma de précodage sélectionné par le dispositif récepteur entre le premier et le deuxième schéma de précodage, sur la base d'indicateurs de performance déterminés par le dispositif récepteur à partir de la première séquence pilote codée et de la deuxième séquence pilote codée.
On note que par connaissance du canal de propagation entre les dispositifs émetteur et récepteur, on entend ici de façon large, une connaissance du canal de propagation « descendant » allant du dispositif émetteur vers le dispositif récepteur, et/ou du canal de propagation « montant » allant du dispositif récepteur vers le dispositif émetteur, et/ou encore une combinaison (par exemple un produit) de ces deux canaux, dès lors que cette connaissance permet au dispositif émetteur de dériver un précodeur lui permettant de tenir compte des effets du canal de propagation sur la transmission des flux de données. La connaissance du canal de propagation dont dispose le dispositif émetteur peut en effet varier selon les contextes (ex. mode TDD où une réciprocité du canal de propagation dans les sens montant et descendant peut être admise, mode FDD où une telle réciprocité ne peut être supposée, etc.). Par ailleurs, aucune limitation n'est attachée à la façon dont le dispositif émetteur obtient cette connaissance (ex. à partir de mesures qu'il effectue lui-même sur des séquences pilotes envoyées par le dispositif récepteur, via une voie de retour (« feedback » en anglais) établie avec le dispositif récepteur, etc.)
Aucune limitation n'est attachée non plus au choix du premier schéma de précodage. Il peut s'agir par exemple d'un schéma de précodage pour système MIMO connu basé sur la connaissance du canal de propagation en émission et minimisant l'interférence entre les flux de données tel que discuté précédemment et comprenant notamment :
— un schéma de précodage de type forçage à zéro ;
— un schéma de précodage de type transmission à ratio maximal ; — un schéma de précodage par formation de faisceaux propres ; ou
— un schéma de précodage par formation de faisceaux par décomposition en valeurs propres.
De même, aucune limitation n'est attachée au choix du deuxième schéma de précodage dès lors que celui est basé sur la connaissance du canal en émission et à enveloppe quasi-constante (autrement dit qu'il permet de minimiser le rapport PAPR). Un tel schéma de précodage peut être notamment l'un des schémas de précodage cités précédemment et décrits dans les articles de S. Zhang et al. et de J.C Chen.
L'invention propose donc une solution permettant de combiner les avantages des deux types de précodeurs (avec minimisation d'interférence ou à enveloppe quasi-constante) en tenant compte de la qualité de la transmission entre le dispositif émetteur et le dispositif récepteur. Grâce à l'envoi des première et deuxième séquences pilotes précodées par le dispositif émetteur qui se rapportent chacune à un type de précodeur distinct, le dispositif récepteur est en mesure d'évaluer le schéma de précodage conduisant aux meilleures performances du système de communication sur le canal de propagation « courant » séparant le dispositif émetteur du dispositif récepteur. Il en informe le dispositif émetteur qui peut choisir de façon éclairée le meilleur précodeur pour ses transmissions vers le dispositif récepteur. L'invention propose donc une solution adaptative qui permet d'optimiser à chaque instant les performances du système de communication sans fil.
Les indicateurs de performance déterminés par le dispositif récepteur pour sélectionner le schéma de précodage sont par exemple des rapports signal-sur-bruit plus interférence ou des débits. De tels indicateurs de performance sont particulièrement pertinents dans le domaine des réseaux de communication, et notamment des réseaux mobiles, et peuvent être déterminés à partir d'une modélisation numérique du système de communication ou d'un modèle empirique ou semi-empirique. Ces indicateurs de performance permettent d'évaluer facilement les performances d'un système de communication et de vérifier si ces performances satisfont un critère de qualité ou de performance prédéterminé. En outre, ce sont ces mêmes indicateurs de performance qui sont classiquement utilisés pour sélectionner le nombre de flux pouvant être transportés simultanément, ainsi que les modulations et les schémas de codage de canal à appliquer à ces flux lorsque des schémas de précodage basés sur la connaissance du canal en émission sont utilisés (par exemple dans le standard LTE).
Comme indiqué précédemment, en détectant au niveau du récepteur quel schéma de précodage est plus efficace à un instant donné pour mitiger les effets du canal de propagation entre le dispositif émetteur et le dispositif récepteur et en informant le dispositif émetteur de ce schéma, il est possible au dispositif émetteur de choisir de façon éclairée quel schéma de précodage utiliser pour obtenir la meilleure efficacité spectrale. Ainsi, dans un mode particulier de réalisation, le procédé d'émission comprend une étape d'application du schéma de précodage sélectionné par le dispositif récepteur pour coder des flux de données destinés au dispositif récepteur. Toutefois, l'invention ne se limite pas à ce cas de figure, et s'applique également lorsque le dispositif émetteur est libre d'appliquer ou non le schéma de précodage sélectionné par le dispositif récepteur. Le dispositif émetteur peut notamment, pour fixer son choix, tenir compte d'autres paramètres en plus de la préconisation envoyée par le dispositif récepteur, comme par exemple d'un indicateur de qualité du canal ou CQI transmis par le dispositif récepteur.
L'invention offre la possibilité d'avoir une adaptation du schéma de précodage appliqué par le dispositif émetteur en fonction des conditions de transmission des données ; mais elle offre également la possibilité d'avoir un algorithme de réception adaptatif au niveau du dispositif récepteur en fonction du schéma de précodage adopté par le dispositif émetteur.
En effet, grâce à l'invention, le dispositif récepteur peut être configuré pour n'utiliser un algorithme d'annulation ou de suppression d'interférence que lorsque celui-ci est vraiment nécessaire, c'est-à-dire lorsque le dispositif récepteur ne peut pas négliger l'interférence entre les flux de données qu'il reçoit du dispositif émetteur, typiquement en raison du schéma de précodage appliqué par celui-ci pour coder les flux de données qu'il lui transmet.
A cet effet, dans un mode particulier de réalisation, le dispositif récepteur selon l'invention peut comprendre un module de traitement de flux de données reçus en provenance du dispositif émetteur et configuré pour :
— utiliser un algorithme d'annulation d'interférence, lorsque les flux de données sont codés par le dispositif émetteur avec le deuxième schéma de précodage ; et
— désactiver l'utilisation d'un algorithme d'annulation d'interférence, lorsque les flux de données sont codés par le dispositif émetteur avec le premier schéma de précodage.
Corrélativement, le procédé de réception peut comprendre :
— suite à la transmission d'une information au dispositif émetteur indiquant le deuxième schéma de précodage, une étape de traitement de flux de données émis par le dispositif émetteur et codés avec le deuxième schéma de précodage en utilisant un algorithme d'annulation d'interférence ; et/ou
— suite à la transmission d'une information au dispositif émetteur indiquant le premier schéma de précodage, une étape de traitement de flux de données émis par le dispositif émetteur et codés avec le premier schéma de précodage sans utiliser d'algorithme d'annulation d'interférence.
Ce mode de réalisation tire profit du fait que si un schéma de précodage « classique » minimisant l'interférence entre les flux est appliqué aux flux de données par le dispositif émetteur, le dispositif récepteur peut s'affranchir de mettre en oeuvre un algorithme de réception complexe visant à annuler cette interférence. En revanche, si un schéma de précodage à enveloppe quasi- constante est appliqué aux flux de données par le dispositif émetteur, le dispositif récepteur a intérêt à activer un algorithme d'annulation d'interférence pour optimiser les performances du schéma de précodage utilisé et bénéficier du gain de débit ou de couverture en résultant. Ce mode de réalisation permet donc de limiter la complexité du dispositif récepteur et en particulier la consommation des ressources du dispositif récepteur résultant des calculs nécessaires pour la mise en oeuvre d'un algorithme de suppression d'interférence.
Grâce à l'invention, on s'assure donc d'une part, que le dispositif émetteur est en mesure d'utiliser à chaque instant le meilleur schéma de précodage compte tenu du canal de propagation qui le sépare du dispositif récepteur tout en s'assurant de pouvoir tirer profit du gain de débit ou de couverture résultant de l'utilisation de ce schéma de précodage, et d'autre part, d'économiser lorsque cela est possible les ressources du dispositif récepteur. L'invention offre donc une solution efficace permettant de mitiger le phénomène de power back-off lié aux amplificateurs de puissance classiquement utilisés dans les systèmes de communication sans fil tout en tirant profit des gains apportés par le précodage basé sur la connaissance du canal en émission, et ce, quelles que soient les conditions radio dans lesquelles se trouve le système de communication considéré.
Dans un mode particulier de réalisation, l'information transmise au dispositif émetteur est un indice identifiant le schéma de précodage sélectionné.
La transmission d'un indice (dont la signification est connue à la fois du dispositif émetteur et du dispositif récepteur) permet de limiter la signalisation nécessaire entre le dispositif récepteur et le dispositif émetteur pour l'informer du meilleur schéma de précodage courant.
Dans un mode de réalisation de l'invention, lors de l'étape de transmission, le dispositif récepteur transmet en outre au dispositif émetteur une information représentative d'un nombre de flux pouvant être transportés sur le canal de propagation et un indicateur de qualité de canal pour chaque flux.
Ce mode de réalisation a une application privilégiée dans les systèmes de communications sans fil mobiles tels que le standard LTE qui prévoit déjà la remontée de telles informations entre le dispositif récepteur et le dispositif émetteur lorsqu'un schéma de précodage basé sur la connaissance du canal en émission est utilisé.
Dans un mode particulier de réalisation, le premier et le deuxième schéma de précodage sont basés sur une connaissance par le dispositif émetteur :
— d'une estimation du canal de propagation allant du dispositif émetteur vers le dispositif récepteur ; ou
— d'une estimation basée sur un report dit en mode analogique d'une estimation du canal de propagation allant du dispositif émetteur vers le dispositif récepteur et/ou du canal de propagation allant du dispositif récepteur vers le dispositif émetteur, et/ou d'une combinaison du canal de propagation allant du dispositif émetteur vers le dispositif récepteur et du canal de propagation allant du dispositif récepteur vers le dispositif émetteur.
Comme indiqué précédemment, l'invention s'applique avantageusement dans différents contextes : lorsque le système de communication sans fil implémente un mode TDD dans lequel la réciprocité du canal est admise (premier cas de figure envisagé ci-dessus), mais également dans un mode en duplexage fréquentiel ou FDD (pour Frequency Division Duplex) dans lequel il n'existe pas de réciprocité du canal. Dans ce cas, les procédés d'émission et de réception selon l'invention peuvent toujours être utilisés mais en considérant pour dériver les précodeurs utilisés par le dispositif émetteur une estimation du canal basée sur un report en mode analogique de l'estimation du canal. Une telle estimation du canal en mode analogique et son utilisation pour déterminer un précodeur utilisant la connaissance du canal en émission sont décrites par exemple dans les documents de E. Chiu et al. intitulé « Transmit Beamforming with Analog Channel State Information Feedback », IEEE Transactions on Wireless Communications, vol.7 n°3 mars 2008.
Dans un mode particulier de réalisation, les différentes étapes du procédé de réception et/ou les différentes étapes du procédé d'émission sont déterminées par des instructions de programmes d'ordinateurs.
En conséquence, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en oeuvre dans un dispositif récepteur, dans un dispositif émetteur, ou plus généralement dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en oeuvre des étapes d'un procédé de réception ou d'émission tel que décrit ci-dessus.
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.
L'invention vise aussi un support d'informations ou d'enregistrement lisible par un ordinateur, et comportant des instructions d'un programme d'ordinateur tel que mentionné ci- dessus.
Le support d'informations ou d'enregistrement 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 disquette (floppy dise) ou un disque dur.
D'autre part, le support d'informations ou d'enregistrement peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.
Alternativement, le support d'informations ou d'enregistrement 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.
L'invention vise également un système de communication sans fil comprenant un dispositif émetteur selon l'invention et un dispositif récepteur selon l'invention.
Ce système de communication bénéficie des mêmes avantages cités précédemment que le dispositif récepteur et le dispositif émetteur. On peut également envisager, dans d'autres modes de réalisation, que le procédé de réception, le procédé d'émission, le dispositif émetteur, le dispositif récepteur et le système de communication selon l'invention présentent en combinaison tout ou partie des caractéristiques précitées.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :
— la figure 1 représente, de façon schématique, un système de communication sans fil conforme à l'invention, dans un mode particulier de réalisation ;
— les figures 2A et 2B illustrent l'architecture matérielle d'un dispositif émetteur et d'un dispositif récepteur du système de communication de la figure 1, conformes à l'invention, dans un mode particulier de réalisation ;
— la figure 3 représente, sous forme d'ordinogramme, les principales étapes d'un procédé d'émission selon l'invention tel qu'il est mis en oeuvre par le dispositif émetteur de la figure 2A ; et
— la figure 4 représente, sous forme d'ordinogramme, les principales étapes d'un procédé de réception selon l'invention tel qu'il est mis en oeuvre par le dispositif récepteur de la figure 2B.
Description détaillée de l'invention
La figure 1 représente, dans son environnement, un système 1 de communication sans fil conforme à l'invention, dans un mode particulier de réalisation. Le système 1
Conformément à l'invention, le système 1 de communication est un système multi- antennes ou MIMO (Multiple Input Multiple Output) comprenant :
— un dispositif émetteur 2, conforme à l'invention, équipé de M antennes d'émission TX1, TX2,..., TXM, M désignant un entier supérieur à 1 ; et
— un dispositif récepteur 3, conforme à l'invention, équipé de N antennes de réception RX1, RX2,...,RXN, N désignant un entier supérieur à 1 ;
le dispositif émetteur 2 et le dispositif récepteur 3 étant aptes ici à communiquer entre eux via un réseau de télécommunications NW sans fil (non représenté sur la figure 1). Le réseau de télécommunications NW est par exemple un réseau de télécommunications mobile offrant un mode de communication selon un mode TDD (Time Division Duplex).
Toutefois, ces hypothèses ne sont pas limitatives en soi, et l'invention s'applique à d'autres types de réseaux de télécommunications sans fil, fixes ou mobiles, fonctionnant en mode TDD mais également en mode FDD (Frequency Division Duplex), comme détaillé davantage ultérieurement. Le dispositif émetteur 2 et le dispositif récepteur 3 sont séparés par un canal de propagation 4. On suppose ici que le système 1 de communication utilise lors des communications entre le dispositif émetteur 2 et le dispositif récepteur 3, une forme d'onde multi-porteuse de type OFDM (pour « Orthogonal Frequency Division Multiplexing » en anglais). L'utilisation d'une telle forme d'onde a pour conséquence que pour une (sous-)porteuse donnée, le canal de propagation 4 est plat en fréquence (i.e. toutes les fréquences sont atténuées de façon similaire par le canal de propagation 4) et s'écrit sous la forme d'une matrice complexe notée H, de dimensions NxM. On désigne par Hn m le coefficient de la matrice H représentant le canal de propagation allant de l'antenne d'émission TXm du dispositif émetteur 2 vers l'antenne de réception RXn du dispositif récepteur 3. En raison de cette propriété, dans la suite de la description, on ne décrit l'effet de l'invention qu'en référence à une seule porteuse, l'invention s'appliquant de la même façon aux autres porteuses sur lesquelles s'appuie la forme d'onde utilisée par le système de communication 1.
Conformément à l'invention, le dispositif émetteur 2 applique en émission sur les données qu'il envoie au dispositif récepteur 3 un précodage qui s'appuie sur une connaissance par le dispositif émetteur 2 du canal de propagation 4 qui le sépare du dispositif récepteur 3 (i.e. des coefficients de la matrice H). Comme indiqué précédemment, dans l'exemple envisagé ici, on se place dans un contexte de communications en mode TDD (Time Division Duplex). Dans un tel contexte, il est généralement admis une réciprocité entre le canal allant dans le sens émetteur vers récepteur (c'est-à-dire allant du dispositif émetteur 2 vers le dispositif récepteur 3 ici) et le canal allant dans le sens récepteur vers émetteur (c'est-à-dire allant du dispositif récepteur 3 vers le dispositif émetteur 2 ici). Autrement dit, si on note He et Hr les matrices des canaux estimées respectivement par le dispositif émetteur 2 et par le dispositif récepteur 3, il est d'usage de considérer dans un contexte TDD que ces deux estimations sont sensiblement égales soit He~Hr. Si en outre l'estimation réalisée est de bonne qualité, He~Hr~H. L'estimation d'un canal de propagation dans un réseau sans fil est une opération classique connue de l'homme du métier, non décrite en détail ici. Elle peut notamment s'appuyer sur l'envoi de séquences comprenant des symboles pilotes (aussi appelées « séquences pilotes » dans la suite) sur le canal de propagation que l'on cherche à estimer.
Conformément à l'invention, pour le précodage des données, le dispositif émetteur 2 a la possibilité d'appliquer plusieurs schémas de précodage, sélectionnés parmi deux ensembles reflétant deux catégories distinctes de schémas de précodage basés sur la connaissance du canal en émission et permettant de transmettre simultanément plusieurs flux de données, à savoir :
— un premier ensemble noté El, regroupant des schémas de précodage minimisant en réception l'interférence entre les flux de données précodés transmis simultanément. Les schémas de précodage du premier ensemble El lorsqu'ils sont utilisés par le dispositif émetteur permettent au dispositif récepteur recevant les flux de données précodés de négliger l'interférence entre ces flux de données, le dispensant d'utiliser un algorithme d'annulation d'interférence. Le dispositif récepteur peut ainsi se contenter d'égaliser simplement le canal de propagation vu par chaque flux de données indépendamment.
De tels schémas de précodage comprennent notamment, comme souligné précédemment : o un schéma de précodage de type forçage à zéro (ou ZF) ;
o un schéma de précodage de type transmission à ratio maximal (ou MRT) ;
o un schéma de précodage par formation de faisceaux propres ; ou
o un schéma de précodage par formation de faisceaux par décomposition en valeurs propres ;
Bien entendu, ces exemples ne sont donnés qu'à titre illustratif et d'autres schémas de précodage basés sur la connaissance du canal en émission, permettant de transporter simultanément plusieurs flux de données et minimisant l'interférence en réception entre ces flux peuvent être envisagés, en sus ou en remplacement des schémas précités ;
— un deuxième ensemble noté E2, regroupant des schémas de précodage à enveloppe constante ou quasi-constante (désignés plus généralement par la suite par « schémas de précodage à enveloppe quasi-constante » par souci de simplification). Les schémas de précodage du deuxième ensemble E2 lorsqu'ils sont utilisés par le dispositif émetteur 2 pour transmettre simultanément plusieurs flux de données au dispositif récepteur 3, permettent de fournir aux amplificateurs de puissance du dispositif émetteur 2 des signaux ayant une enveloppe constante ou quasi-constante présentant ainsi un ratio PAPR de puissance crête sur puissance moyenne bien inférieur à celui des schémas de précodage de l'ensemble El. Il en résulte une limitation substantielle des effets du power back-off et une amélioration sensible de la qualité de l'amplification réalisée par ces amplificateurs de puissance. En effet, ces schémas de précodage garantissent une variation d'enveloppe inférieure à un seuil qui permet de favoriser un fonctionnement de l'amplificateur de puissance autour de sa puissance maximale.
De tels schémas de précodage sont décrits, comme indiqués précédemment dans les articles de S. Zhang et al. intitulé « Constant Envelope Precoding for MIMO Systems », IEEE Transactions on Communications, vol. n° 99, et de J.C. Chen intitulé « Low-PAPR Precoding Désigna for Massive Multiuser MIMO Systems via Riemannian Manifold Optimization », IEEE Communications Letters, vol. 21 n°4, avril 2017. L'utilisation de ces schémas de précodage impose au dispositif récepteur recevant les flux de données précodés d'utiliser un algorithme d'annulation d'interférence pour supprimer l'interférence introduite par le précodage.
Bien entendu, ces exemples ne sont donnés qu'à titre illustratif et d'autres schémas de précodage à enveloppe quasi-constante basés sur la connaissance du canal en émission, permettant de transporter simultanément plusieurs flux de données.
Pour mettre en oeuvre l'invention, il suffit que le dispositif émetteur 2 soit apte à précoder les flux de données qu'il envisage d'émettre à destination du dispositif récepteur 3 selon au moins un schéma de précodage sélectionné dans l'ensemble El (indexé dans la suite par l'indice pl, pl désignant un entier supérieur à 1), et selon au moins un schéma de précodage sélectionné dans l'ensemble E2 (indexé dans la suite par l'indice p2, p2 désignant un entier supérieur à 1 et différent de pl). Ces schémas de précodage peuvent être fixés à l'avance (par exemple, le dispositif émetteur 2 est configuré avec uniquement deux schémas de précodage, un appartenant à l'ensemble El et un appartenant à l'ensemble E2), ou être sélectionnés parmi les ensembles El et E2 (qui peuvent alors contenir un nombre prédéterminé de schémas de précodage choisis à l'avance ou être mis à jour au fil du temps) par le dispositif émetteur 2 en fonction de critères prédéterminés (ex. performance, qualité du canal, rapport signal-sur-bruit, complexité, etc.). A cet effet, le dispositif émetteur 2 peut appliquer des techniques connues en soi et décrites par exemple pour l'ensemble El dans le document de K.O.T.Zhang intitulé « Wireless Communications : Principles, Theory and Methodology », Wiley, 2016.
Dans le mode de réalisation décrit ici, le dispositif émetteur 2 et le dispositif récepteur 3 disposent de l'architecture matérielle d'un ordinateur.
Ainsi, en référence à la figure 2A, le dispositif émetteur 2 comporte notamment, un processeur 5, une mémoire vive 6, une mémoire morte 7, une mémoire non volatile 8, un ou plusieurs amplificateurs de puissance 9 et des moyens 10 de communication lui permettant d'émettre des signaux sur le réseau de communication NW à destination d'autres équipements comme notamment à destination du dispositif récepteur 3. Ces moyens de communication 10 intègrent notamment les M antennes d'émission TCI,. .,TCM du dispositif émetteur 2, ainsi que des moyens de mise en forme des signaux émis sur les M antennes d'émission conformément aux protocoles des communications définis sur le réseau de télécommunications NW.
La mémoire morte 7 du dispositif émetteur 2 constitue un support d'enregistrement conforme à l'invention, lisible par le processeur 5 et sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur PROG2 conforme à l'invention, comportant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé d'émission selon l'invention. Le programme PROG2 définit des modules fonctionnels du dispositif émetteur 2, qui s'appuient ou commandent les éléments matériels 5 à 10 du dispositif émetteur 2 cités précédemment, et qui comprennent notamment :
— un premier module d'émission 2A et un deuxième module d'émission 2B, configurés pour émettre respectivement à destination du dispositif récepteur 3, une première séquence pilote codée avec un premier schéma de précodage sélectionné parmi le premier ensemble El et une deuxième séquence pilote codée avec un deuxième schéma de précodage sélectionné parmi le deuxième ensemble E2 ;
— un module de réception 2C, apte à recevoir une information indiquant un schéma de précodage sélectionné par le dispositif récepteur 3 entre le premier et le deuxième schéma de précodage, sur la base d'indicateurs de performance déterminés par le dispositif récepteur à partir de la première séquence pilote codée et de la deuxième séquence pilote codée ; et
— un module d'application 2D, configuré pour appliquer le schéma de précodage sélectionné par le dispositif récepteur 3 et correspondant à l'information reçue le module de réception 2C. On note que l'activation du module d'application 2D peut éventuellement être conditionnée par le respect d'un ou de plusieurs critères liés par exemple à la qualité du canal de transmission, les performances atteignables, etc. Il peut s'agir de critères identiques ou analogues à ceux utilisés aujourd'hui dans l'état de la technique considérés par les dispositifs émetteurs qui reçoivent des dispositifs récepteurs des recommandations concernant l'application d'une modulation et/ou d'un schéma de codage de canal particulier en émission.
Les fonctions des modules 2A à 2D sont décrites plus en détail ultérieurement.
De façon similaire, en référence à la figure 2B représentant l'architecture matérielle du dispositif récepteur 3, celui-ci comporte, un processeur 11, une mémoire vive 12, une mémoire morte 13, et des moyens 14 de communication lui permettant d'émettre et de recevoir des signaux sur le réseau de communication NW à destination d'autres équipements, comme par exemple à destination du dispositif émetteur 2. Ces moyens de communication intègrent notamment les N antennes de réception RX1,...,RXN du dispositif récepteur 3.
La mémoire morte 13 du dispositif récepteur 3 constitue un support d'enregistrement conforme à l'invention, lisible par le processeur 11 et sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur PROG3 conforme à l'invention, comportant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de réception selon l'invention. Le programme PROG3 définit des modules fonctionnels du dispositif récepteur 3, qui s'appuient ou commandent les éléments matériels 11 à 14 du dispositif récepteur 3 cités précédemment, et qui comprennent notamment :
— un premier module de réception 3A et un deuxième module de réception 3B, apte à recevoir et à traiter respectivement une première séquence pilote, codée par un dispositif émetteur 2 avec un premier schéma de précodage sélectionné dans le premier ensemble El et une deuxième séquence pilote, codée par le dispositif émetteur avec un deuxième schéma de précodage sélectionné dans le deuxième ensemble E2 ;
— un module de détermination 3C, configuré pour déterminer un indicateur de performance pour le premier schéma de précodage en utilisant la première séquence pilote codée reçue et un indicateur de performance pour le deuxième schéma de précodage en utilisant la deuxième séquence pilote codée reçue ;
— un module de sélection 3D, configuré pour sélectionner sur la base des indicateurs déterminés par le module de détermination 3C, le schéma de précodage parmi le premier et le deuxième schéma de précodage correspondant aux meilleures performances du système de communication au regard d'un critère prédéterminé ;
— un module de transmission 3E, configuré pour transmettre au dispositif émetteur 2 une information indiquant le schéma de précodage sélectionné ; et
— dans le mode de réalisation décrit ici, un module de traitement 3F des flux de données reçus en provenance du dispositif émetteur 2 et configuré :
o pour utiliser un algorithme d'annulation (ou de suppression) d'interférence, lorsque le dispositif récepteur 3 a été informé que les flux de données qu'il reçoit du dispositif émetteur 2 sont codés avec le deuxième schéma de précodage (ou de manière plus générale un schéma de précodage de l'ensemble E2) ; et
o pour désactiver l'utilisation d'un algorithme d'annulation d'interférence, lorsque le dispositif récepteur 3 a été informé que les flux de données qu'il reçoit du dispositif émetteur 2 sont codés avec le premier schéma de précodage (ou de manière plus générale un schéma de précodage de l'ensemble El).
Un tel algorithme d'annulation d'interférence est connu en soi. Il dépend bien entendu du schéma de précodage appliqué en émission. Pour les deux exemples fournis précédemment de schémas de précodage à enveloppe quasi-constante, de tels algorithmes sont présentés dans les articles déjà cités décrivant ces deux schémas de précodage. Lorsque le dispositif récepteur 3 a la connaissance du schéma de précodage appliqué par le dispositif émetteur 2 pour coder les flux de données qu'il lui envoie, il est aisé au dispositif récepteur 3 d'adapter en conséquence le choix de l'algorithme d'annulation d'interférence adéquat si le schéma de précodage appliqué par le dispositif émetteur 2 ne lui permet pas de négliger l'interférence entre les flux de données reçus.
Les fonctions des modules 3A à 3F sont décrites plus en détail ultérieurement.
Avant de décrire de façon détaillée les procédés d'émission et de réception mis en oeuvre respectivement par les dispositifs émetteur 2 et récepteur 3 conformément à l'invention, nous allons introduire quelques notations et modélisations permettant de mieux illustrer l'invention.
Comme indiqué précédemment, on suppose ici que le système de communication 1 utilise une technique de multiplexage de type OFDM pour ses communications au sein du réseau NW, et on désigne par H G £NXM la matrice complexe représentant le canal de propagation 4 dans le sens dispositif émetteur 2 vers dispositif récepteur 3 pour une sous-porteuse donnée. Le coefficient Hn m de la matrice H, n= l,...,N, m= l,...,M désigne le coefficient du canal de propagation entre l'antenne Txm du dispositif émetteur 2 et l'antenne RXn du dispositif récepteur 3.
On désigne en outre ici par :
— un entier K tel que K £ min(N, M), le nombre de flux de données indépendants que le dispositif émetteur 2 envoie de manière simultanée au dispositif récepteur 3 ;
— par un vecteur x e CK, le vecteur de K symboles de données complexes transmis simultanément durant un symbole OFDM par le dispositif émetteur 2 ; et
— par une matrice P e CMXK , la matrice de précodage complexe appliquée par le dispositif émetteur 2 au vecteur de symboles de données (aussi désigné plus simplement « vecteur de données ») x. Cette matrice (aussi couramment désignée par « précodeur ») dépend bien entendu du schéma de précodage appliqué par le dispositif émetteur 2, ainsi que de la modulation et du codage de canal utilisés en émission, et est calculée par le dispositif émetteur 2 à partir de la connaissance dont il dispose de la matrice H du canal. Le calcul de cette matrice est décrit plus en détail ultérieurement pour différents exemples de schémas de précodage.
Le précodage du vecteur de symboles de données x par le dispositif émetteur 2 se traduit par le calcul d'un vecteur u e CM = Px que le dispositif émetteur 2 transmet ensuite sur ses M antennes d'émission, um désignant le symbole de données précodé émis par l'antenne TXm du dispositif émetteur 2. Dans la description, un flux de données désigne de façon générale un ensemble comprenant un ou plusieurs symboles de données transmis successivement sur une même antenne.
Si v e CN désigne le vecteur des symboles de données reçus par les N antennes de réception du dispositif récepteur 3 (vn représentant le symbole reçu par l'antenne de réception RXn du dispositif récepteur 3), on peut écrire :
v = Hu + b .
où b e c" désigne le vecteur complexe modélisant le bruit de réception sur les N antennes de réception du dispositif récepteur 3.
Sur réception du vecteur v, le dispositif récepteur 3 lui applique de façon générale une matrice de décodage notée R e CKXN (qui peut être l'identité) afin de retrouver les symboles de données x transmis par le dispositif émetteur 2. La matrice de décodage R dépend bien entendu du schéma de précodage appliqué par le dispositif émetteur 2. On suppose ici que le dispositif récepteur 3 connaît le schéma de précodage appliqué par le dispositif émetteur 2, i.e. il ne connaît pas les coefficients de la matrice P mais sait qu'un précodage est appliqué par le dispositif émetteur 2 et connaît la nature de ce précodage, c'est-à-dire s'il s'agit d'un schéma de précodage de l'ensemble El ou E2 et de quel schéma de précodage il s'agit (ex. précodage de type ZF, MRT, etc.). Cette connaissance peut être acquise de façon identique à ce qui est réalisé aujourd'hui dans l'état de la technique. Par exemple, le dispositif émetteur 2 peut signaler au dispositif récepteur 3 dans un message de signalisation, le schéma de précodage qu'il utilise à l'aide d'un paramètre idoine tel un indice désignant de façon univoque ce schéma de précodage.
Si on désigne par y e CN le vecteur des symboles de données décodés par le dispositif récepteur 3, on peut écrire :
y = Rv = RHPx + Rb
Comme mentionné précédemment, dans un système de communication comme le système 1 basé sur la connaissance du canal à l'émission, le dispositif récepteur 3 et le dispositif émetteur 2 sont tous les deux dotés de moyens configurés pour estimer la matrice H représentant le canal de propagation 4 qui les sépare. Dans l'hypothèse d'un contexte TDD, et si la qualité de l'estimation de canal réalisée est de bonne qualité, alors on peut supposer que l'estimation He du canal de propagation 4 dans le sens dispositif récepteur 3 vers dispositif émetteur 2 réalisée par le dispositif émetteur 2 est sensiblement égale à l'estimation Hr du canal de propagation 4 dans le sens dispositif émetteur 2 vers dispositif récepteur 3 réalisée par le dispositif récepteur 3, et que ces estimations représentent la matrice H, soit He~Hr~H. Le dispositif émetteur 2 et le dispositif récepteur 3 utilisent cette hypothèse pour calculer respectivement les coefficients de la matrice de précodage P et de la matrice de décodage R, comme illustré ci-après pour différents exemples de schémas de précodage appartenant au premier ensemble El.
Le premier ensemble El comprend, comme indiqué précédemment, des schémas de précodage minimisant l'interférence entre les flux de données au niveau du dispositif récepteur 3. En d'autres mots, les coefficients de la matrice de précodage P et ceux de la matrice de décodage R sont calculés à partir des estimées He et Hr de sorte à garantir que la matrice produit RHP soit sensiblement égale à une matrice diagonale D (de sorte à pouvoir négliger l'interférence après application de la matrice R). Dans ce cas, les symboles de données obtenus après décodage (i.e. les coefficients du vecteur y) sont sans interférence (i.e. chaque symbole de y est fonction d'un seul des symboles du vecteur x), et l'égalisation peut être réalisée de façon simple indépendamment pour chaque flux (le n-ième symbole de x peut être estimé uniquement à partir du n-ième symbole de y).
A titre illustratif, pour un schéma de précodage par formation de faisceaux utilisant une décomposition en valeurs propres ou SVD, le dispositif émetteur 2 calcule la matrice de précodage P en fonction du produit de matrices He(He)† où (He)† désigne la transformée hermitienne de la matrice He. Plus particulièrement, il applique une décomposition en valeurs propres à la matrice He(He)† :
He(He)† = (Ae)Ae(Ae)†
où Ae e CNXN est une matrice diagonale, Ae est une matrice vérifiant Ae(Ae)† = I et I désigne la matrice identité. Puis il dérive la matrice de précodage P selon :
P = (He)†Ae .
Lorsqu'un schéma de précodage par formation de faisceaux utilisant une SVD est utilisée par le dispositif émetteur 2, le dispositif récepteur 3 calcule la matrice de décodage R en fonction du produit de matrices Hr(Hr)†. Plus précisément, il applique une décomposition en valeurs propres à la matrice Hr(Hr)† :
Hr(Hr)† = (Ar)Ar(Ar)†
où DG e CNXN est une matrice diagonale, Ar est une matrice vérifiant Ar(Ar)† = I. Puis il utilise comme matrice de décodage la matrice R définie par :
R = (G)†
où G désigne une matrice estimée par le dispositif récepteur 3 et représentant le produit de matrice H(He)†Ae. Cette matrice peut être estimée par le dispositif récepteur 3 à partir d'une séquence de symboles pilotes (ou « séquence pilote ») émise préalablement par le dispositif émetteur 2 et précodée à l'aide de la matrice de précodage P = (He)†Ae.
On note que si les estimations du canal de propagation 4 réalisées par le dispositif émetteur 2 et par le dispositif récepteur 3 sont de bonne qualité (soit He~Hr~H), alors Ae~Ar~A où A désigne la matrice issue d'une décomposition en valeurs propres de la matrice H(H)†. Il en résulte que le signal décodé obtenu par le dispositif de réception 3 après application de la matrice de décodage R s'écrit sous la forme d'un vecteur y = AAx + Ab où D désigne la matrice diagonale résultant de la décomposition en valeurs propres de la matrice H(H)†. Autrement dit, après application de la matrice de décodage R par le dispositif récepteur 3, il n'y a pas d'interférence entre les flux : le dispositif récepteur 3 peut se contenter d'utiliser un algorithme de réception simple pour estimer le vecteur de symboles de données x à partir du vecteur y. Cet algorithme de réception consiste à simplement égaliser le canal vu par chaque flux indépendamment.
Selon un autre exemple illustratif, pour un schéma de précodage de type forçage à zéro ou ZF, le dispositif émetteur 2 calcule la matrice de précodage P définie par :
P = (He)†(He(He)†)-1
La matrice de décodage R résultante à appliquer au niveau du dispositif récepteur 3 est la matrice identité (autrement dit, le dispositif récepteur 3 n'applique pas de matrice de décodage).
Le vecteur y obtenu par le dispositif récepteur 3 après propagation dans le canal et application de la matrice de décodage s'écrit alors sous la forme y = x + b. Autrement dit, il n'y a pas d'interférence entre les flux au niveau du dispositif récepteur 3, et celui-ci peut se contenter d'utiliser un algorithme de réception simple pour estimer le vecteur de symboles de données x à partir du vecteur y, consistant à égaliser le canal vu par chaque flux indépendamment.
Selon un autre exemple illustratif encore, pour un schéma de précodage de type transmission à ratio maximal ou MRT, le dispositif émetteur 2 calcule la matrice de précodage P définie par :
P = (He)†
La matrice de décodage résultante R à appliquer au niveau du dispositif récepteur 3 correspond à la matrice identité (autrement dit, le dispositif récepteur 3 n'applique pas de matrice de décodage). Le vecteur y obtenu par le dispositif récepteur 3 après propagation dans le canal et application de la matrice de décodage s'écrit sous la forme y = H(He)†x + b.
Si l'estimation He du canal réalisée par le dispositif émetteur 2 est de bonne qualité, on peut supposer que H(He)†~l, soit y = x + b. Autrement dit, il n'y a pas d'interférence entre les flux et le dispositif récepteur 3 peut se contenter d'utiliser un algorithme de réception simple pour estimer le vecteur de symboles de données x à partir du vecteur y, consistant à égaliser le canal vu par chaque flux indépendamment.
Les exemples illustratifs qui viennent d'être décrits concernent des schémas de précodage de l'ensemble El minimisant l'interférence entre flux au niveau du dispositif récepteur 3. Pour ces schémas de précodage de l'ensemble El, il importe de déterminer les matrices de précodage P et de décodage R de sorte qu'après application le cas échéant au niveau du dispositif récepteur de la matrice de décodage R (celle-ci pouvant être l'identité), il soit possible de négliger l'interférence entre les flux de données transmis simultanément par le dispositif émetteur 2. On note que les matrices de précodage P dont le calcul vient d'être détaillé correspondent au précodage qu'appliquerait effectivement le dispositif émetteur 2 aux flux de données si le ou les amplificateur(s) de puissance utilisé(s) par celui-ci étai(en)t idéal(ux) et sans limitations. En pratique, comme mentionné précédemment, le dispositif émetteur se heurte à un phénomène de power back-off lié aux limitations de l'amplification de puissance qui est mise en oeuvre au niveau du dispositif émetteur. L'invention permet avantageusement de mitiger cet effet lorsque celui-ci est de nature à compromettre le gain de précodage ou de couverture résultant de l'utilisation d'un schéma de précodage.
Pour les schémas de précodage à enveloppe quasi-constante de l'ensemble E2, la contrainte à respecter dans ce cas par le dispositif émetteur 2 pour déterminer la matrice de précodage P est l'enveloppe quasi-constante des signaux obtenus en sortie du précodage. Le dispositif récepteur 3 détermine quant à lui les coefficients de la matrice de décodage R correspondante ainsi que l'algorithme d'annulation d'interférence à appliquer au vecteur y obtenu après application de la matrice de décodage R de sorte à tenir compte de et à supprimer l'interférence introduite par la matrice de précodage P appliquée par le dispositif émetteur 2 entre les flux de données transmis simultanément par le dispositif émetteur 2. Pour les schémas de précodage de l'ensemble E2 décrits dans les articles de Zhang et al. et de Chen cités précédemment, le dispositif émetteur 2 et le dispositif récepteur 3 procèdent comme indiqué dans ces articles.
Au vu des notations et des modélisations du système de communication 1 qui viennent d'être introduites, nous allons maintenant décrire, en référence aux figures 3 et 4, les différentes étapes du procédé d'émission (cf. figure 3) et du procédé de réception (cf. figure 4) selon l'invention telles qu'elles sont mises en oeuvre respectivement par le dispositif émetteur 2 et par le dispositif récepteur 3 du système de communication 1.
On suppose que le dispositif émetteur 2 et le dispositif récepteur 3 dispose à chaque instant d'une estimation du canal de propagation 4 (estimation Hr du canal dans le sens dispositif émetteur 2 vers dispositif récepteur 3 pour le dispositif récepteur 3, et estimation He du canal dans le sens dispositif récepteur 3 vers dispositif émetteur 2).
En référence à la figure 3, conformément à l'invention, le dispositif émetteur 2 sélectionne ici par l'intermédiaire de son premier module d'émission 2A, un premier schéma de précodage indexé par un indice pl parmi l'ensemble El des schémas de précodage minimisant l'interférence en réception entre les flux de données transmis simultanément au moyen de ces schémas de précodage. Dans l'exemple envisagé ici, par souci de simplification, on suppose que l'ensemble El contient un unique schéma de précodage, déterminé à l'avance pour le système de communication 1.
En variante, l'ensemble El peut comprendre plusieurs schémas de précodage et dans ce cas, le dispositif émetteur 2 peut sélectionner le premier schéma de précodage en tenant compte de critères comme par exemple la qualité du canal de propagation, le service auquel se rapporte les données à transmettre vers le dispositif récepteur 3, etc. De telles techniques de sélection sont connues en soi et ne sont pas décrites ici. Puis le dispositif émetteur 2, via son premier module d'émission 2A, calcule les coefficients de la matrice PI de précodage (ou précodeur) correspondant au premier schéma de précodage indexé par pl en vue de l'appliquer à une première séquence de symboles pilotes seqPl (étape E10). Il procède à cet effet comme décrit par exemple ci-dessus, à partir de l'estimation He du canal de propagation 4 dont il dispose, du nombre K de flux de données qu'il souhaite envoyer simultanément vers le dispositif récepteur 3 (K inférieur ou égal à min(N,M)), ainsi que de la modulation (ex. QPSK, 16QAM, 64QAM ou 256QAM) et du schéma de codage de canal (ex. code convolutif, turbo-code, etc.) qu'il utilise en émission pour ces flux de données. Une modulation et un schéma de codage distincts peuvent être envisagés pour chaque flux de données.
Aucune limitation n'est attachée ici au nombre de flux de données, à la modulation ou au codage de canal utilisés par le dispositif émetteur 2. Le choix de la modulation et du codage de canal par le dispositif émetteur 2 peut être guidé, comme dans l'état de la technique et comme décrit succinctement précédemment, par une information reçue du dispositif récepteur 3. Il en est de même du nombre de flux de données.
Le dispositif émetteur 2 précode ensuite à l'aide du premier schéma de précodage indexé par pl et défini par la matrice de précodage Pl, une première séquence de symboles pilotes désignée par seqPl associée au schéma de précodage indexé par pl (étape E20). Cette première séquence pilote est un vecteur colonne de dimension K.
La séquence de symboles pilotes seqPl est choisie parmi un ensemble de séquences pilotes prédéterminées, distinguables et identifiables, et définies à partir de méthodes connues de l'homme du métier : il peut s'agir par exemple de motifs temps-fréquence prédéfinis et orthogonaux entre eux, de codes prédéfinis et orthogonaux entre eux, etc. Ces séquences pilotes sont connues du dispositif émetteur 2 et du dispositif récepteur 3, de même que la correspondance entre ces séquences pilotes et les schémas de précodage qui leur sont associés (ou les indices identifiant de manière univoque ces schémas de précodage). Par exemple, une séquence pilote distincte peut être associée à chaque schéma de précodage susceptible d'être utilisé par le dispositif émetteur 2 ; en variante, une séquence pilote distincte peut être associée à un schéma de précodage choisi dans l'ensemble El et à un schéma de précodage choisi dans l'ensemble E2.
Le dispositif émetteur 2 émet à destination du dispositif récepteur 3 sur le canal de propagation 4, via son premier module d'émission 2A et ses M antennes d'émission, la première séquence pilote seqPl ainsi codée avec le premier schéma de précodage indexé par pl (autrement dit, il émet le vecteur défini par le produit Pl.seqPl sur ses M antennes d'émission) (étape E30).
De façon similaire, le dispositif émetteur 2 sélectionne par l'intermédiaire de son deuxième module d'émission 2B, un deuxième schéma de précodage indexé par un indice p2 parmi l'ensemble E2 des schémas de précodage à enveloppe quasi-constante. Dans l'exemple envisagé ici, par souci de simplification, on suppose que l'ensemble E2 contient également un unique schéma de précodage, déterminé à l'avance pour le système de communication 1. En variante, comme pour l'ensemble El, l'ensemble E2 peut comprendre une pluralité de schémas de précodage et le deuxième module d'émission 2B peut sélectionner un schéma de précodage parmi cette pluralité de schémas de précodage selon des techniques connues en soi.
Puis le dispositif émetteur 2, via son deuxième module d'émission 2B, calcule les coefficients de la matrice P2 de précodage (ou précodeur) correspondant au deuxième schéma de précodage indexé par p2 (étape E40). Il procède à cet effet comme décrit par exemple ci-dessus, à partir de l'estimation He du canal de propagation 4 dont il dispose, du nombre K de flux de données ainsi que de la modulation et du schéma de codage de canal qu'il utilise en émission pour ces flux de données.
Le dispositif émetteur 2 précode ensuite à l'aide du deuxième schéma de précodage indexé par p2 et défini par la matrice de précodage P2, une deuxième séquence de symboles pilotes désignée par seqP2 associée au deuxième schéma de précodage indexé par p2 (étape E50). Cette deuxième séquence pilote est un vecteur colonne de dimension K.
Puis, il émet sur le canal de propagation 4 à destination du dispositif récepteur 3, via son deuxième module d'émission 2A et ses M antennes d'émission, la deuxième séquence pilote seqP2 ainsi codée avec le deuxième schéma de précodage indexé par p2 (soit le vecteur P2.seqP2) (étape E60).
On note que dans le mode de réalisation décrit ici, les séquences seqPl et seqP2 sont traitées de façon séquentielle par le dispositif émetteur 2 et émise sur le canal de propagation 4 successivement. En variante, via un choix approprié des séquences pilotes seqPl et seqP2, les étapes E10 à E30 et E40 à E60 peuvent être menées en parallèle par le dispositif émetteur 2. La transmission de la séquence pilote seqP2 (respectivement seqPl) ne dépend pas causalement de la transmission de la séquence pilote seqPl (respectivement seqP2) via un retour du récepteur vers l'émetteur. Il peut donc y avoir une transmission simultanée des séquences pilotes seqPl et seqP2 par exemple dans un même symbole OFDM. Le choix approprié des séquences pilotes seqPl et seqP2 est tel que celles-ci ne s'interfèrent pas soit parce qu'elles occupent des ressources (RE: Ressource Eléments) différentes d'un même symbole OFDM, soit du fait d'une orthogonalité suivant un produit scalaire entre les séquences pilotes seqPl et seqP2. Les séquences pilotes peuvent ainsi être reçues simultanément par le récepteur.
En référence à la figure 4, le dispositif récepteur 3 reçoit, via son premier module de réception 3A et ses N antennes de réception, la première séquence pilote seqPl codée par le dispositif émetteur 2 en utilisant le premier schéma de précodage indexé par l'indice pl et défini par la matrice de précodage Pl (étape F10). On note RxseqPl la séquence reçue par le premier module de réception 3A correspondant à la première séquence pilote seqPl codée par le dispositif émetteur 2 et émise sur le canal de propagation 4 défini par la matrice H.
Sur réception de la séquence RxseqPl, le dispositif récepteur 3 estime via ici son premier module de réception 3A, à partir de la séquence RxseqPl, le canal précodé correspondant au produit de la matrice H du canal de propagation 4 par la matrice de précodage PI de façon connue en soi (étape F20). Il utilise à cet effet des techniques d'estimation connue en soi, par exemple en corrélant la séquence pilote seqPl avec la séquence RxseqPl reçue.
Puis le dispositif récepteur 3 détermine au moyen de son module de détermination 3B un indicateur de performance indicl pour le premier schéma de précodage indexé par pl en utilisant l'estimation du canal précodé H.P1 qu'il vient de calculer à partir de la séquence RxseqPl (étape F30).
Dans le mode de réalisation décrit ici, l'indicateur de performance noté indicl déterminé par le dispositif récepteur 3 est un vecteur comprenant K composantes, chaque composante correspondant à un rapport signal-sur-bruit plus interférence estimé pour chaque flux de données indexé par k, k= l,...,K.
Pour un schéma de précodage de type ZF ou MRT sélectionné dans l'ensemble El pour lequel l'interférence entre les flux de données en réception peut être négligée, le rapport signal- sur-bruit plus interférence estimé pour le flux de données indexé par l'indice k peut être estimé par exemple par le module de détermination 3C au moyen de la formule suivante :
Figure imgf000025_0001
où G1 correspond à l'estimée du canal précodé HP1 déterminée par le dispositif récepteur 3 lors de l'étape F20 et Pbruit désigne la puissance du bruit qui peut être estimée par le module de détermination 3C du dispositif récepteur 3 selon des techniques connues en soi et non décrites ici.
De manière plus générale, le module de réception 3C du dispositif récepteur 3 détermine l'indicateur de performance indicl choisi en utilisant un modèle numérique de l'algorithme de réception qu'il applique aux données qu'il reçoit du dispositif émetteur 2. Un tel modèle numérique est facile à déterminer pour les schémas de précodage de l'ensemble El puisque l'algorithme de réception consiste en une simple égalisation de chacun des flux de données indépendamment comme mentionné précédemment.
En variante, d'autres indicateurs de performance peuvent être considérés, comme par exemple un débit théorique atteignable pour chaque flux de données (estimé selon la formule log2(l +sinrk) avec stnrfccalculé comme décrit ci-dessus), un débit prédit de façon semi-empirique ou en utilisant des tables de qualités paramétrées par le rapport sinrk, etc.
De façon similaire, le dispositif récepteur 3 reçoit, via son deuxième module de réception 3B et ses N antennes de réception, la deuxième séquence pilote seqP2 codée par le dispositif émetteur 2 en utilisant le deuxième schéma de précodage indexé par l'indice p2 et défini par la matrice de précodage P2 (étape F40). On note RxseqP2 la séquence reçue par le deuxième module de réception 3B correspondant à la deuxième séquence pilote seqP2 codée par le dispositif émetteur 2 et émise sur le canal de propagation 4 défini par la matrice H.
Sur réception de la séquence RxseqP2, le dispositif récepteur 3 estime via ici son deuxième module de réception 3B, à partir de la séquence RxseqP2, le canal précodé correspondant au produit de la matrice H du canal de propagation 4 par la matrice de précodage P2 de façon connue en soi (étape F40). Il utilise à cet effet des techniques d'estimation connue en soi, par exemple en corrélant la séquence pilote seqP2 avec la séquence RxseqP2 reçue.
Puis le dispositif récepteur 3 détermine au moyen de son module de détermination 3B un indicateur de performance indic2 pour le deuxième schéma de précodage indexé par p2 en utilisant l'estimation du canal précodé HP2 qu'il vient de calculer à partir de la séquence RxseqP2 (étape F50).
Dans le mode de réalisation décrit ici, comme mentionné précédemment, l'indicateur de performance indic2 est un vecteur comprenant K composantes, chaque composante correspondant à un rapport signal-sur-bruit plus interférence estimé pour chaque flux de données indexé par k, k= l,...,K. Pour déterminer ce rapport signal-sur-bruit plus interférence pour chaque flux de données indexé par k, k= l,...,K, le module de détermination 3C utilise un modèle numérique de l'algorithme de traitement qu'il utilise pour annuler l'interférence résiduelle liée à l'utilisation d'un schéma de précodage à enveloppe constante. Ce modèle numérique dépend bien entendu de l'algorithme de traitement utilisé par le dispositif récepteur 3. A titre illustratif, le dispositif récepteur 3 peut par exemple utilisé l'algorithme de traitement et le modèle numérique correspondant décrits dans le document de R. Visoz et al. intitulé "Semi-Analytical Performance Prédiction Methods for Itérative MMSE-IC Multiuser MIMO Joint Decoding," IEEE Transactions on Communications, vol. 58, no. 9, pp. 2576-2589, Septembre 2010.
On note que les séquences seqPl et seqP2 peuvent être traitée de façon séquentielle ou simultanée par le dispositif récepteur 3 selon qu'elles ont été émises séquentiellement ou simultanément. Les étapes F10 à F30 et F40 à F60 peuvent être menées séquentiellement ou en parallèle par le dispositif récepteur 3.
Puis le dispositif récepteur 3, via son module de sélection 3D, sélectionne le schéma de précodage parmi le premier schéma de précodage indexé par pl et le deuxième schéma de précodage indexé par p2 conduisant aux meilleures performances du système de communication 1 au regard d'un critère prédéterminé (étape F70). Par « meilleures » on entend ici le schéma de précodage qui présente l'indicateur de performance reflétant les meilleures performances pour le système de communication 1 au vu d'un critère prédéterminé. Ce critère peut être par exemple un critère de débit, tel que par exemple le meilleur débit théorique atteignable sur les K flux émis par le dispositif émetteur 2 (obtenu en sommant les débits théoriques atteignables sur chacun des flux, autrement dit), ou un critère de rapport signal-sur-bruit plus interférence, tel que par exemple, le meilleur rapport signal-sur-bruit plus interférence moyen sur l'ensemble des K flux de données, etc.
A l'issue de cette sélection, le dispositif récepteur 3 détermine en outre ici, à partir de l'estimation du canal précodé dont il dispose pour le schéma de précodage sélectionné, et en utilisant le modèle numérique de l'algorithme de réception qu'il applique, le nombre de flux pouvant être transmis simultanément par le dispositif émetteur 2 à destination du dispositif récepteur 3 pour atteindre une qualité de service déterminée, ainsi qu'un indicateur de qualité du canal CQI. Le dispositif récepteur 3 procède à cet effet de manière similaire ou identique à ce qui est réalisé dans l'état de la technique.
Puis le dispositif récepteur 3, via son module de transmission 3E, transmet dans un message de signalisation l'indice du schéma de précodage sélectionné par le module de sélection 3D au dispositif émetteur 2 (étape F80). Cet indice constitue une information indiquant le schéma de précodage sélectionné par le module de sélection 3D au sens de l'invention.
Le message de signalisation utilisé pour transmettre l'indice identifiant le schéma de précodage sélectionné peut être le même message de signalisation que celui qui permet au dispositif récepteur 3 de remonter au dispositif émetteur ses préconisations quant au nombre de flux de données à transmettre (indicateur de rang) ainsi que l'indicateur de qualité du canal ou CQI qu'il a déterminé.
En référence à la figure 3, sur réception du message de signalisation émis par le dispositif récepteur 3 par son module de réception 2C (étape E70), le dispositif émetteur 2 active son module de traitement 2D pour que celui-ci déclenche l'utilisation du schéma de précodage préconisé par le dispositif récepteur 3 (étape E80). Autrement dit, si l'indice remonté dans le message de signalisation reçu du dispositif récepteur 3 est l'indice pl, le module de traitement 2D active le précodage des flux de données destinés au dispositif émetteur 2 au moyen du premier schéma de précodage indexé par pl. Si l'indice remonté dans le message de signalisation reçu du dispositif récepteur 3 est l'indice p2, le module de traitement 2D active le précodage des flux de données destinés au dispositif émetteur 2 au moyen du deuxième schéma de précodage indexé par p2.
Le dispositif émetteur 2 signale au dispositif récepteur 3 le schéma de précodage appliqué (ou l'indice indexant ce schéma) pour précoder les flux de données qu'il émet à destination de celui-ci (étape E90). Ce signalement constitue la transmission d'une information indiquant le schéma de précodage utilisé par le dispositif émetteur 2 au sens de l'invention.
Puis le dispositif émetteur 2 transmet au dispositif récepteur 3 des flux de données précodés en appliquant ce schéma de précodage (étape E100), jusqu'à ici ce que le dispositif récepteur 3 lui préconise d'utiliser un autre schéma de précodage.
Sur réception de l'information indiquant le schéma de précodage utilisé par le dispositif émetteur 2 (étape F90), le dispositif récepteur 3 détermine quel algorithme de réception utiliser pour traiter les flux de données émis par le dispositif émetteur 2 à son intention.
Plus particulièrement, si l'information indique un schéma de précodage sélectionné parmi l'ensemble El des schémas de précodage minimisant l'interférence entre les flux de données transmis au niveau du dispositif récepteur 3 (par exemple l'information transmise par le dispositif émetteur est l'indice pl) (réponse oui à l'étape test F100), le dispositif récepteur 3 active l'utilisation par son module de traitement 3F d'un algorithme d'égalisation simple ne mettant pas en oeuvre de technique d'annulation d'interférence (étape Fl 10), mais consistant uniquement à égaliser indépendamment sur chaque flux de données émis par le dispositif émetteur le canal de propagation.
Si l'information transmise par le dispositif émetteur 2 indique un schéma de précodage sélectionné parmi l'ensemble E2 des schémas de précodage à enveloppe quasi-constante (par exemple, l'information transmise est l'indice p2) (réponse non à l'étape test F100), le dispositif récepteur 3 active l'utilisation par son module de traitement 3F d'un algorithme d'annulation d'interférence adapté (étape F120).
L'invention permet donc d'une part d'utiliser un schéma de précodage en émission et de bénéficier du gain apporté par ce schéma de précodage quelles que soient les conditions de transmission, mais également de limiter la complexité du dispositif récepteur 3 en n'activant l'annulation d'interférence que lorsque celle-ci est nécessaire.
Dans l'exemple envisagé pour illustrer l'invention, on a considéré que le système de communication 1 communiquait selon le mode de duplexage TDD, ce qui a permis de s'appuyer sur des hypothèses de réciprocité du canal de propagation dans le sens dispositif émetteur vers dispositif récepteur et du canal de propagation dans le sens dispositif récepteur vers dispositif émetteur. Toutefois, cette hypothèse n'est pas limitative de l'invention, et l'invention peut également s'appliquer dans un contexte où un mode de duplexage FDD est mis en oeuvre.
Dans un tel contexte FDD, il n'est plus possible de faire des hypothèses de réciprocité du canal de propagation. L'invention peut toutefois être appliquée de la même façon que ce qui vient d'être décrit en adaptant la connaissance du canal de propagation qui est utilisée lors des étapes E10 et E40 pour dériver les matrices de précodage PI et P2 respectivement.
Plus précisément, au lieu d'utiliser pour dériver ces matrices de précodage, l'estimation He du canal de propagation dans le sens dispositif récepteur 3 vers dispositif émetteur 2, réalisée par le dispositif émetteur 2 (et censée refléter en mode TDD le canal de propagation dans le sens dispositif émetteur 2 vers dispositif récepteur 3 en raison de la réciprocité du canal), le dispositif émetteur 2 peut utiliser une méthode d'estimation de canal basée sur un report en mode analogique de l'estimation du canal de propagation dans le sens dispositif émetteur 2 vers dispositif récepteur 3.
Selon cette méthode, le dispositif émetteur 2 envoie au dispositif récepteur 3 une séquence pilote prédéterminée lui permettant d'estimer le canal de propagation (i.e. sa matrice) noté HDL (ou descendant) dans le sens du dispositif émetteur 2 vers le dispositif récepteur 3. Cette estimation du canal étant une matrice, le dispositif récepteur 3 peut l'utiliser (telle qu'elle) pour précoder une séquence de symboles pilotes qu'il émet dans le sens dispositif récepteur 3 vers dispositif émetteur 2. En se basant sur la réception de tels symboles pilotes, le dispositif émetteur 2 estime la combinaison (produit de matrices C=HUL.HDL) du canal de propagation noté HUL dans le sens dispositif récepteur 3 vers dispositif émetteur 2 (sens montant) avec le canal de propagation HDL dans le sens dispositif émetteur 2 vers dispositif récepteur 3. Le dispositif récepteur 3 émet par ailleurs une séquence de symboles pilotes à destination du dispositif émetteur qui permettent au dispositif émetteur 2 d'estimer le canal de propagation HUL dans le sens dispositif récepteur 3 vers dispositif émetteur 2. Le dispositif émetteur 2 estime ensuite le canal de propagation HDL dans le sens dispositif émetteur 2 vers dispositif récepteur 3 à partir de deux estimées :
— l'estimée C de la combinaison du canal de propagation dans le sens dispositif récepteur 3 vers dispositif émetteur 2 avec le canal de propagation dans le sens dispositif émetteur 2 vers récepteur 3 ; et
— l'estimée HUL du canal de propagation dans le sens dispositif récepteur 3 vers dispositif émetteur 2.
L'estimée HDL obtenue correspond à l'estimation He considérée dans le contexte
TDD. Le dispositif émetteur 2 détermine alors les matrices de précodage PI et P2 comme décrit précédemment en mode TDD à partir de l'estimation He ainsi obtenue.
Une méthode de report en mode analogique de l'estimation de canal et la dérivation à partir d'une telle estimation de canal reportée d'une matrice de précodage définissant un schéma de précodage minimisant l'interférence en réception sont décrites par exemple dans les articles de E. Cho et al intitulé « Transmit Beamforming with Analog Channel State Information Feedback », Transactions on Wireless Communications, vol. 7 n°3, mars 2008, et de D.T.Phan-Huy et al. intitulé « Frequency Division Duplex Time Révérai », IEEE GLOBECOM Conférence, 2011.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réception par un dispositif récepteur (3) d'un système de communication sans fil (1) équipé d'une pluralité d'antennes de réception, ce procédé de réception comprenant :
— une étape de réception (F10) d'une première séquence pilote, codée par un dispositif émetteur du système équipé d'une pluralité d'antennes d'émission avec un premier schéma de précodage basé sur une connaissance par le dispositif émetteur d'un canal de propagation entre les dispositifs émetteur et récepteur, ce premier schéma de précodage permettant un transport simultané de plusieurs flux de données et minimisant une interférence au niveau du dispositif récepteur entre ces flux de données ;
— une étape de réception (F40) d'une deuxième séquence pilote, codée par le dispositif émetteur avec un deuxième schéma de précodage à enveloppe quasi-constante basé sur une connaissance par le dispositif émetteur dudit canal de propagation, ce deuxième schéma de précodage permettant un transport simultané de plusieurs flux de données ;
— une étape de détermination (F30,F60) d'un indicateur de performance pour le premier schéma de précodage en utilisant la première séquence pilote codée reçue et d'un indicateur de performance pour le deuxième schéma de précodage en utilisant la deuxième séquence pilote codée reçue ;
— une étape de sélection (F70), sur la base des indicateurs de performance déterminés, du schéma de précodage entre le premier et le deuxième schéma de précodage conduisant aux meilleures performances du système de communication au regard d'un critère prédéterminé ; et
— une étape de transmission (F80) au dispositif émetteur d'une information indiquant le schéma de précodage sélectionné.
2. Procédé de réception selon la revendication 1 dans lequel l'information transmise au dispositif émetteur est un indice identifiant le schéma de précodage sélectionné.
3. Procédé de réception selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le premier et le deuxième schéma de précodage sont basés sur une connaissance par le dispositif émetteur :
— d'une estimation du canal de propagation allant du dispositif émetteur vers le dispositif récepteur ; ou
— d'une estimation basée sur un report dite en mode analogique d'une estimation du canal de propagation allant du dispositif émetteur vers le dispositif récepteur et/ou du canal de propagation allant du dispositif récepteur vers le dispositif émetteur, et/ou d'une combinaison du canal de propagation allant du dispositif émetteur vers le dispositif récepteur et du canal de propagation allant du dispositif récepteur vers le dispositif émetteur.
4. Procédé de réception selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel lors de l'étape de transmission (F80), le dispositif récepteur transmet en outre au dispositif émetteur une information représentative d'un nombre de flux pouvant être transportés sur le canal de propagation et un indicateur de qualité de canal pour chaque flux.
5. Procédé de réception selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel la première séquence pilote et la deuxième séquence pilote sont reçues simultanément.
6. Procédé de réception selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 comprenant en outre, suite à la transmission d'une information au dispositif émetteur indiquant le deuxième schéma de précodage, une étape de traitement (F120) de flux de données émis par le dispositif émetteur et codés avec le deuxième schéma de précodage en utilisant un algorithme d'annulation d'interférence.
7. Procédé de réception selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 comprenant en outre, suite à la transmission d'une information au dispositif émetteur indiquant le premier schéma de précodage, une étape de traitement (Fl 10) de flux de données émis par le dispositif émetteur et codés avec le premier schéma de précodage sans utiliser d'algorithme d'annulation d'interférence.
8. Procédé d'émission par un dispositif émetteur (2) d'un système de communication sans fil équipé d'une pluralité d'antennes d'émission, ce procédé d'émission comprenant :
— une étape d'émission (E30) vers un dispositif récepteur du système comprenant une pluralité d'antennes de réception, d'une première séquence pilote codée avec un premier schéma de précodage basé sur une connaissance par le dispositif émetteur d'un canal de propagation entre les dispositifs émetteur et récepteur, ce premier schéma de précodage permettant un transport simultané de plusieurs flux de données et minimisant une interférence au niveau du dispositif récepteur entre ces flux de données ;
— une étape d'émission (E60) vers le dispositif récepteur d'une deuxième séquence pilote, codée par le dispositif émetteur avec un deuxième schéma de précodage à enveloppe quasi- constante basé sur une connaissance par le dispositif émetteur dudit canal de propagation, ce deuxième schéma de précodage permettant un transport simultané de plusieurs flux de données ;
— une étape de réception (E70) d'une information indiquant un schéma de précodage sélectionné par le dispositif récepteur entre le premier et le deuxième schéma de précodage sur la base d'indicateurs de performance déterminés par le dispositif récepteur à partir de la première séquence pilote codée et de la deuxième séquence pilote codée.
9. Procédé d'émission selon la revendication 8 dans lequel la première séquence pilote et la deuxième séquence pilote sont émises simultanément.
10. Procédé d'émission selon la revendication 8 ou 9 comprenant en outre une étape d'application (E80) du schéma de précodage sélectionné par le dispositif récepteur pour coder des flux de données destinés au dispositif récepteur.
11. Programme d'ordinateur (PROG2,PROG3) comportant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé de réception selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 ou du procédé d'émission selon l'une des revendications 8 à 10 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur.
12. Support d'enregistrement (7,13) lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur selon la revendication 11.
13. Dispositif récepteur (3) d'un système de communication sans fil (1), ledit dispositif récepteur étant équipé d'une pluralité d'antennes de réception et comprenant :
— un premier module de réception (3A), apte à recevoir une première séquence pilote, codée par un dispositif émetteur du système équipé d'une pluralité d'antennes d'émission avec un premier schéma de précodage basé sur une connaissance par le dispositif émetteur d'un canal de propagation entre les dispositifs émetteur et récepteur, ce premier schéma de précodage permettant un transport simultané de plusieurs flux de données et minimisant une interférence au niveau du dispositif récepteur entre ces flux de données ;
— un deuxième module de réception (3B), apte à recevoir une deuxième séquence pilote, codée par le dispositif émetteur avec un deuxième schéma de précodage à enveloppe quasi- constante basé sur une connaissance par le dispositif émetteur dudit canal de propagation, ce deuxième schéma de précodage permettant un transport simultané de plusieurs flux de données ;
— un module de détermination (3C), configuré pour déterminer un indicateur de performance pour le premier schéma de précodage en utilisant la première séquence pilote codée reçue et un indicateur de performance pour le deuxième schéma de précodage en utilisant la deuxième séquence pilote codée reçue ;
— un module de sélection (3D), configuré pour sélectionner sur la base des indicateurs de performance déterminés, un schéma de précodage entre le premier et le deuxième schéma de précodage conduisant aux meilleures performances du système de communication au regard d'un critère prédéterminé ; et
— un module de transmission (3E), configuré pour transmettre au dispositif émetteur une information indiquant le schéma de précodage sélectionné.
14. Dispositif récepteur selon la revendication 13 comprenant en outre un module de traitement (3F) de flux de données reçus en provenance du dispositif émetteur et configuré pour :
— utiliser un algorithme d'annulation d'interférence, lorsque lesdits flux de données sont codés par le dispositif émetteur avec le deuxième schéma de précodage ; et
— désactiver l'utilisation d'un algorithme d'annulation d'interférence, lorsque lesdits flux de données sont codés par le dispositif émetteur avec le premier schéma de précodage.
15. Dispositif émetteur (2) d'un système de communication sans fil (1), ledit dispositif émetteur étant équipé d'une pluralité d'antennes d'émission et comprenant :
— un premier module d'émission (2A), configuré pour émettre vers un dispositif récepteur du système comprenant une pluralité d'antennes de réception, une première séquence pilote codée avec un premier schéma de précodage basé sur une connaissance par le dispositif émetteur d'un canal de propagation entre les dispositifs émetteur et récepteur, ce premier schéma de précodage permettant un transport simultané de plusieurs flux de données et minimisant une interférence au niveau du dispositif récepteur entre ces flux de données ;
— un deuxième module d'émission (2B), configuré pour émettre vers le dispositif récepteur une deuxième séquence pilote, codée par le dispositif émetteur avec un deuxième schéma de précodage à enveloppe quasi-constante basé sur une connaissance par le dispositif émetteur dudit canal de propagation, ce deuxième schéma de précodage permettant un transport simultané de plusieurs flux de données ;
— un module de réception (2C), apte à recevoir une information indiquant un schéma de précodage sélectionné par le dispositif récepteur entre le premier et le deuxième schéma de précodage, ledit schéma de précodage sélectionné optimisant un indicateur de performance déterminé par le dispositif récepteur à partir de la première séquence pilote codée et de la deuxième séquence pilote codée.
16. Système de communication sans fil (1) comprenant un dispositif émetteur (2) selon la revendication 15 et un dispositif récepteur (3) selon la revendication 13 ou 14.
17. Système de communication (1) selon la revendication 16 dans lequel le premier schéma de précodage est :
— un schéma de précodage de type forçage à zéro ;
— un schéma de précodage de type transmission à ratio maximal ;
— un schéma de précodage par formation de faisceaux propres ; ou
— un schéma de précodage par formation de faisceaux par décomposition en valeurs propres.
PCT/FR2019/050984 2018-04-27 2019-04-26 Procédés de réception et d'émission, et dispositifs récepteur et émetteur d'un système de communication sans fil Ceased WO2019207258A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1853745 2018-04-27
FR1853745A FR3080732A1 (fr) 2018-04-27 2018-04-27 Procedes de reception et d'emission, et dispositifs recepteur et emetteur d'un systeme de communication sans fil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019207258A1 true WO2019207258A1 (fr) 2019-10-31

Family

ID=63036101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2019/050984 Ceased WO2019207258A1 (fr) 2018-04-27 2019-04-26 Procédés de réception et d'émission, et dispositifs récepteur et émetteur d'un système de communication sans fil

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3080732A1 (fr)
WO (1) WO2019207258A1 (fr)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008147908A1 (fr) * 2007-05-25 2008-12-04 Rambus Inc. Système de formation de faisceau multi-antennes pour transmettre des signaux d'enveloppe constants décomposés à partir d'un signal d'enveloppe variable
US20150049824A1 (en) * 2012-03-07 2015-02-19 Lg Electronics Inc. Method for performing hierarchical beamforming in wireless access system and device therefor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008147908A1 (fr) * 2007-05-25 2008-12-04 Rambus Inc. Système de formation de faisceau multi-antennes pour transmettre des signaux d'enveloppe constants décomposés à partir d'un signal d'enveloppe variable
US20150049824A1 (en) * 2012-03-07 2015-02-19 Lg Electronics Inc. Method for performing hierarchical beamforming in wireless access system and device therefor

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D.T.PHAN-HUY ET AL.: "Frequency Division Duplex Time Révérai", IEEE GLOBECOM CONFERENCE, 2011
E. CHIU ET AL.: "Transmit Beamforming with Analog Channel State Information Feedback", IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS, vol. 7, no. 3, March 2008 (2008-03-01), XP011225634, DOI: doi:10.1109/TWC.2008.060597
E. CHO ET AL.: "Transmit Beamforming with Analog Channel State Information Feedback", TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS, vol. 7, no. 3, March 2008 (2008-03-01)
J.C. CHEN: "Low-PAPR Precoding Désigna for Massive Multiuser MIMO Systems via Riemannian Manifold Optimization", IEEE COMMUNICATIONS LETTERS, vol. 21, no. 4, April 2017 (2017-04-01), XP011645129, DOI: doi:10.1109/LCOMM.2017.2650218
K.O.T.ZHANG: "Wireless Communications : Principles, Theory and Methodology", 2016, WILEY
R. VISOZ ET AL.: "Semi-Analytical Performance Prédiction Methods for Iterative MMSE-IC Multiuser MIMO Joint Decoding", IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, vol. 58, no. 9, September 2010 (2010-09-01), pages 2576 - 2589, XP011318684, DOI: doi:10.1109/TCOMM.2010.09.090436
S. ZHANG ET AL.: "Constant Envelope Precoding for MIMO Systems", IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS
S. ZHANG ET AL.: "Constant Envelope Precoding for MIMO Systems", IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, vol. 66, no. l, January 2018 (2018-01-01)

Also Published As

Publication number Publication date
FR3080732A1 (fr) 2019-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2008062131A1 (fr) Procedes et modules d'emission/reception pour un systeme multi-antennes multi-porteuses a sequence d'apprentissage
EP2795859A1 (fr) Procédé d'émission et de réception de symboles de données
WO2014125207A1 (fr) Procede et dispositif de prediction des performances d'un systeme de communication sur un canal de transmission
EP2401830A1 (fr) Méthode de signalisation de la qualité d'un canal de transmission
FR3101740A1 (fr) Procédé et un dispositif de prédiction des performances d’un récepteur dans un système de communication
EP2976924A1 (fr) Procede de signalisation dans un reseau de telecommunications cellulaire
EP4540945A1 (fr) Procédé de retransmission coopérative dans un système omamrc
FR3087980A1 (fr) Procede de transmission de symboles pilotes
FR2985152A1 (fr) Procede de groupement de couples emetteur-recepteur pour communiquer sur un reseau de communications
EP1987645A1 (fr) Procede d'emission avec allocation optimale de puissance emise pour emetteur multi porteuses
WO2015079174A1 (fr) Procédé de coordination d'émetteurs radio base sur un codage de niveau de puissance émise et émetteur correspondant
EP2070211B1 (fr) Procede d'emission a etalement avec allocation de puissance par utilisateur et par symbole
WO2013061009A1 (fr) Procede de transmission de trames, stations et programme d'ordinateur correspondants
WO2019207258A1 (fr) Procédés de réception et d'émission, et dispositifs récepteur et émetteur d'un système de communication sans fil
EP1589686A1 (fr) Emission pour systèmes de communications CDMA sur canal mimo
EP2763340B1 (fr) Méthode d'adaptation de liaison dirigée par un choix de régime d'interférence
EP4078839A1 (fr) Procedes et dispositifs d'emission et de reception mettant en oeuvre une pluralite d'antennes d'emission et de reception, et programme d'ordinateur correspondant
EP2801158A1 (fr) Procede de pre-codage en tdd
WO2009047416A2 (fr) Procede d'emission et de reception d'un signal dans un systeme multi-antennes mettant en oeuvre un precodage spatial, emetteur, recepteur, et produits programme d'ordinateur correspondants
FR2954629A1 (fr) Procede de transmission d'un signal source, procede de reception d'un signal emis, emetteur, recepteur, signal et programmes d'ordinateur correspondants
WO2025242773A1 (fr) Procedes et appareils de reception et d'envoi d'un message de contrôle indiquant une contrainte en énergie par élément de ressource
WO2007090995A2 (fr) Procede de reception d' un signal mettant en oeuvre une estimation d' un canal de propagation, dispositif de reception et produit programme d' ordinateur corres pondants
FR2890504A1 (fr) Estimation iterative de canal de propagation pour mimo dans un reseau cdma
WO2014184285A1 (fr) Procédé de codage de données dans un signal ofdm
EP2276209B1 (fr) Procédé de détermination de la taille d'un champ d'entête

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19727711

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19727711

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1