FR2857180A1 - Signal processing method for orthogonal frequency division multiplexing system, involves reconstructing amplification errors on coded signal by error correcting code by taking into account priori induced from channel coding - Google Patents

Abstract

The method involves reconstructing amplification errors on a coded signal by a error correcting code by taking into account a priori induced from a channel coding. A decoding algorithm is implemented at a flexible input and decided output combined with a decision making, where the decision making is relative to a possible presence of saturation, and starting and non-starting of reconstruction on coded multi-carrier transmission. An independent claim is also included for a system for implementing a signal processing method.

Description

PROCEDE DE RECONSTRUCTION ITERATIVE DU BRUIT DE SATURATIONMETHOD OF ITERATIVE RECONSTRUCTION OF SATURATION NOISE

SUR TRANSMISSION MULTIPORTEUSE CODEE: TURBO-DAR La présente invention se rapporte au domaine du 5 traitement du signal pour les communications.  The present invention relates to the field of signal processing for communications.

La présente invention se rapporte plus particulièrement à un procédé consistant à reconstruire de façon itérative le bruit de saturation sur les transmissions multi-porteuses codées. L'invention concerne également un système pour la mise en oeuvre du procédé.  The present invention more particularly relates to a method of iteratively reconstructing the saturation noise on coded multi-carrier transmissions. The invention also relates to a system for implementing the method.

L'innovation réside dans l'utilisation, à la réception des a priori induits par le codage canal au sein de la procédure de reconstruction itérative des saturations. Cette approche s'applique tout particulièrement aux systèmes OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Le procédé selon l'invention permet d'améliorer les performances d'un récepteur construit sur la concaténation d'un système DAR (Data Aided Reconstruction) classique et d'un décodeur correcteur d'erreurs, tant en taux d'erreur binaire qu'en rapidité de convergence.  The innovation lies in the use, on reception of the a priori induced by the channel coding within the procedure of iterative reconstruction of the saturations. This approach is particularly applicable to Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) systems. The method according to the invention makes it possible to improve the performance of a receiver built on the concatenation of a conventional DAR (Data Aided Reconstruction) system and an error correction decoder, both in binary error rate and in speed of convergence.

L'art antérieur connaît déjà, par le brevet américain US 5 510 743 (Panasonic), un appareil et un procédé de reconstruction d'un signal. Un circuit qui reconstruit des portions d'un signal d'entrée perdues à cause des distorsions de clipping comprend un comparateur qui localise les portions du signal d'entrée qui ont été atteintes par les distorsions de clipping et génère un signal constitué d'impulsions, où chaque impulsion correspond à une portion du signal d'entrée atteinte par les distorsions. Ce signal constitué d'impulsions est utilisé pour générer des impulsions paraboliques qui représentent une approximation du signal d'entrée sans les distorsions. Un circuit génère les signaux d'impulsions en commandant un oscillateur pour produire un train d'impulsions paraboliques qui varie en fréquence et en amplitude pour réaliser la correspondance avec chaque impulsion du signal d'impulsions et ensuite sélectionner une des impulsions paraboliques pour chaque impulsion du signal d'impulsions. Un autre circuit génère les impulsions paraboliques en intégrant de façon double les impulsions du signal d'impulsions.  The prior art already knows, from US Pat. No. 5,510,743 (Panasonic), an apparatus and a method for reconstructing a signal. A circuit which reconstructs portions of an input signal lost due to clipping distortions comprises a comparator which locates the portions of the input signal which have been reached by the clipping distortions and generates a signal consisting of pulses, where each pulse corresponds to a portion of the input signal attained by the distortions. This pulse signal is used to generate parabolic pulses which represent an approximation of the input signal without the distortions. A circuit generates the pulse signals by controlling an oscillator to produce a parabolic pulse train that varies in frequency and amplitude to match each pulse of the pulse signal and then select one of the parabolic pulses for each pulse of the pulse signal. pulse signal. Another circuit generates the parabolic pulses by integrating twice the pulses of the pulse signal.

Ce document présente un procédé de reconstruction de signal, mais ne permet pas d'atteindre les mêmes performances que la présente invention. Les principes ainsi que les domaines d'application de l'invention décrite dans ce document sont très différents de ceux de la présente invention.  This document presents a signal reconstruction method, but does not achieve the same performance as the present invention. The principles as well as the fields of application of the invention described in this document are very different from those of the present invention.

L'art antérieur connaît également, par le brevet américain US 5 924 980 (Siemens), un procédé et un appareil pour réduire de façon adaptative le niveau de bruit dans un signal après acquisition. Un procédé et un appareil de filtrage adaptatif pour réduire le niveau de bruit de la composante non désirée dans un signal physiologique. Le signal physiologique acquis est appliqué à une entrée du filtre adaptatif et un signal de référence synthétique qui est modélisé de façon à faire ressortir une corrélation avec la composante de signal désiré est appliqué à une autre entrée du filtre adaptatif. Ensuite, le filtre adaptatif ajuste de façon itérative le signal synthétique modélisé de référence de façon à générer de manière progressive une approximation plus exacte de la composante de signal désiré du filtre adaptatif, cette approximation devenant une reconstruction du signal physiologique acquis dans lequel le niveau de la composante de bruit non désirée est réduit.  The prior art is also known from US Pat. No. 5,924,980 (Siemens) to a method and apparatus for adaptively reducing the level of noise in a signal after acquisition. An adaptive filtering method and apparatus for reducing the noise level of the undesired component in a physiological signal. The acquired physiological signal is applied to an input of the adaptive filter and a synthetic reference signal which is modeled to show a correlation with the desired signal component is applied to another input of the adaptive filter. Then, the adaptive filter iteratively adjusts the modeled reference synthetic signal so as to progressively generate a more accurate approximation of the desired signal component of the adaptive filter, this approximation becoming a reconstruction of the acquired physiological signal in which the level of the unwanted noise component is reduced.

2857180 3 Le procédé décrit dans ce document fait clairement partie de l'arrière-plan technologique de la présente invention.  The process described in this document is clearly part of the technological background of the present invention.

Il est proposé, dans la demande de brevet américain US 2002/0156821 (Caron James Norbert), un procédé de traitement du signal utilisant un algorithme de reconstruction de données auto-convolutif. Cet algorithme de traitement du signal réalise un filtrage des données dégradées au moyen d'opérations mathématiques. Le filtre peut ensuite être utilisé pour reconstruire une grande partie du contenu dégradé des données grâce à l'utilisation d'un algorithme de déconvolution. Ce processus peut être réalisé sans connaissance a priori du système de détection, une technique connue comme la déconvolution aveugle. Le processus d'extraction, désigné comme Algorithme autoconvolutif de reconstruction de données (Self- deconvolving Data Reconstruction Algorithm ou SeDDaRA) a été utilisé avec succès pour reconstruire des images numérisées, des ondes acoustiques numérisées et d'autres formes de données. Le processus est non-itératif, efficace au niveau des calculs et n'exige que peu d'intervention de l'utilisateur. L'implantation permet d'inclure l'algorithme dans tous types de matériels et logiciels de traitement du signal.  It is proposed in US patent application US 2002/0156821 (Caron James Norbert), a signal processing method using a self-convolutive data reconstruction algorithm. This signal processing algorithm performs a filtering of the degraded data by means of mathematical operations. The filter can then be used to reconstruct much of the degraded content of the data through the use of a deconvolution algorithm. This process can be performed without prior knowledge of the detection system, a technique known as blind deconvolution. The extraction process, referred to as Self-deconvolving Data Reconstruction Algorithm (SeDDaRA) has been used successfully to reconstruct digitized images, digitized acoustic waves, and other forms of data. The process is non-iterative, computationally efficient and requires little intervention from the user. The implementation makes it possible to include the algorithm in all types of hardware and software for signal processing.

Le procédé décrit dans ce document étant non itératif, il reste éloigné de la présente invention.  The process described in this document being non-iterative, it remains remote from the present invention.

L'art antérieur connaît également, par la demande de brevet américain US 2003/0043892 (Alcatel), un procédé pour égaliser un signal reçu ainsi que sur un récepteur et une station réceptrice pour la mise en oeuvre du procédé.  The prior art also knows, by the US patent application US 2003/0043892 (Alcatel), a method for equalizing a received signal as well as a receiver and a receiving station for the implementation of the method.

Dans de nombreux systèmes de télécommunications, des signaux de message qui comprennent une séquence de bits d'échantillonnage prédéfinie (séquence d'apprentissage) sont transmis afin d'améliorer le traitement du signal dans 2857180 4 le récepteur, en particulier pour l'égalisation. Dans ce but, sur la base d'une séquence de bits d'échantillonnage, la réponse impulsionnelle est déterminée au moyen d'un procédé itératif. Etendre la séquence de bits d'échantillonnage par ces bits qui résultent de la reconstruction du signal transmis est connu. On propose dans ce document de synchroniser l'étape d'égalisation avec le signal reçu, en utilisant au moins la seconde réponse impulsionnelle qui est déterminée en utilisant la séquence de bits d'échantillonnage étendue. Dans ce but, le récepteur comprend des moyens de synchronisation adaptés. Ainsi, l'égalisation est précisément adaptée à la voie temporelle de la réponse impulsionnelle, de sorte que l'égalisation du signal reçu est améliorée de façon significative. Lors des tests, des améliorations du rapport signal sur bruit d'environ 0.5 dB ont été atteints. De préférence, pour l'estimation de canal itérative, la séquence de bits d'échantillonnage étendue est divisée en deux parties ou plus dans le cas de variations rapides du canal comme celles que l'on trouve dans les systèmes de communications mobiles.  In many telecommunications systems, message signals that include a predefined sampling bit sequence (training sequence) are transmitted to improve signal processing in the receiver, particularly for equalization. For this purpose, on the basis of a sequence of sampling bits, the impulse response is determined by means of an iterative process. Extending the sequence of sampling bits by those bits that result from the reconstruction of the transmitted signal is known. It is proposed in this document to synchronize the equalization step with the received signal, using at least the second impulse response that is determined using the extended sampling bit sequence. For this purpose, the receiver comprises suitable synchronization means. Thus, the equalization is precisely adapted to the time slot of the impulse response, so that the equalization of the received signal is significantly improved. During the tests, improvements in the signal-to-noise ratio of about 0.5 dB were achieved. Preferably, for the iterative channel estimate, the extended sampling bit sequence is divided into two or more portions in the case of rapid channel changes such as those found in mobile communications systems.

Le procédé décrit dans ce document s'applique au domaine des télécommunications, mais n'est pas particulièrement adapté aux systèmes du type OFDM: il ne permet donc pas d'atteindre le même résultat que la présente invention. De plus, l'invention qui fait l'objet de la présente demande de brevet n'utilise pas de séquence d'apprentissage pour la reconstruction des saturations.  The method described in this document applies to the field of telecommunications, but is not particularly suitable for systems of OFDM type: it does not therefore achieve the same result as the present invention. In addition, the invention which is the subject of the present patent application does not use a training sequence for the reconstruction of saturations.

Le phénomène de saturation lié à l'amplificateur (Clipping effect) est un des inconvénients majeurs des technologies multi-porteuses qui sont pourtant proposées dans de nombreuses applications (OFDM, TNT, Réseaux Locaux ou métropolitains sans fils...) 2857180 5 Le but de la présente invention est de permettre une reconstruction itérative des erreurs de saturation liées à l'amplification sur les transmissions multiporteuses codées par un code correcteur d'erreur (codage de canal). Cette reconstruction opère de façon itérative par utilisation d'un algorithme de décodage à entrée souple et sortie décidée combinées à une prise de décision.  The phenomenon of saturation related to the amplifier (clipping effect) is one of the major drawbacks of multi-carrier technologies that are nevertheless proposed in many applications (OFDM, TNT, local or metropolitan networks without wires ...) 2857180 5 The goal of the present invention is to allow an iterative reconstruction of saturation errors related to amplification on multicarrier transmissions encoded by an error correction code (channel coding). This reconstruction operates iteratively using a decoding algorithm with soft input and decided output combined with decision making.

Le document de l'art antérieur le plus proche est sans doute l'article Clipping Noise Mitigation for OFDM by Decision-Aided Reconstruction (IEEE Communications Letters, Vol 3, No 1, January 1999 D. Kim et G. L. Stüber). La principale différence entre le procédé présenté dans cet article et la présente invention est l'exploitation de façon itérative du décodeur de canal améliorant grandement les performances de la reconstruction.  The closest prior art document is undoubtedly Clipping Noise Mitigation for OFDM by Decision-Aided Reconstruction (IEEE Communications Letters, Vol 3, No. 1, January 1999, D. Kim and G. L. Stüber). The main difference between the method presented in this article and the present invention is the iterative operation of the channel decoder greatly improving the performance of the reconstruction.

A cet effet, l'invention concerne, dans son acception la plus générale, un procédé de traitement du signal consistant à reconstruire les erreurs de saturation liées à l'amplification sur un signal codé par un code correcteur d'erreur (codage de canal) caractérisé en ce que la reconstruction est réalisée de façon itérative, prend en compte les a priori induits par le codage canal et met en oeuvre un algorithme de décodage à entrée souple et sortie décidée combinées à une prise de décision, cette décision étant relative à la présence éventuelle de saturation et déclenchant ou non la reconstruction.  For this purpose, the invention relates, in its most general sense, to a signal processing method consisting in reconstructing the saturation errors related to the amplification on a signal encoded by an error correction code (channel coding). characterized in that the reconstruction is carried out iteratively, takes into account the a priori induced by the channel coding and implements a decoding algorithm with flexible input and decided output combined with a decision-making, this decision being relative to the possible presence of saturation and triggering or not reconstruction.

De préférence, le procédé est mis en oeuvre sur des canaux sélectifs en fréquence.  Preferably, the method is implemented on frequency selective channels.

De préférence également, le procédé est mis en oeuvre sur une transmission multi-porteuses.  Also preferably, the method is implemented on a multi-carrier transmission.

Avantageusement, le procédé est mis en oeuvre sur un signal de type OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).  Advantageously, the method is implemented on an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) type signal.

Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé comporte 5 en outre une étape d'égalisation.  According to one embodiment, the method further comprises an equalization step.

Avantageusement, la transmission du signal est conforme à une des normes suivantes: ADSL, HiperLAN, Digital Video Broadcasting, HiperMAN, IEEE 802. 11a, IEEE 802.11g ou IEEE 802.16a&b.  Advantageously, the transmission of the signal complies with one of the following standards: ADSL, HiperLAN, Digital Video Broadcasting, HiperMAN, IEEE 802. 11a, IEEE 802.11g or IEEE 802.16a & b.

L'invention se rapporte également à un système pour la mise en oeuvre du procédé comprenant au moins un récepteur et un module de décodage.  The invention also relates to a system for implementing the method comprising at least one receiver and a decoding module.

Avantageusement, le système comprend en outre un 15 bloc d'égalisation.  Advantageously, the system further comprises an equalization block.

On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ciaprès à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées: É la figure 1 représente un schéma de principe d'un mode de réalisation de la présente invention.  The invention will be better understood on the basis of the description, given purely for explanatory purposes, of one embodiment of the invention, with reference to the appended figures: FIG. 1 represents a schematic diagram of a embodiment of the present invention.

Les phénomènes de saturation d'amplificateur à l'émission (clipping effect) sont un des inconvénients majeurs des modulations multi-porteuses de type OFDM. Nous proposons ici de le résoudre lors de la réception du message par un algorithme itératif exploitant le codage correcteur d'erreur, habituellement présent sur ce type de transmission à haut débit. Notons que ce type de transmission est à la base de nombreuses normes (ADSL, HiperLAN, Digital Video Broadcasting, Wireless xAN) et est candidat à la plupart des applications futures de transmission numérique (TNT, BLR, téléphonie 4G...).  Clipping effect saturation phenomena are one of the major drawbacks of OFDM multi-carrier modulations. We propose here to solve it when receiving the message by an iterative algorithm exploiting the error correction coding, usually present on this type of high-speed transmission. Note that this type of transmission is the basis of many standards (ADSL, HiperLAN, Digital Video Broadcasting, Wireless xAN) and is a candidate for most future applications of digital transmission (TNT, BLR, 4G telephony ...).

2857180 7 La principale originalité de cette invention réside dans l'utilisation de la sortie décidée (sortie hard) de l'algorithme de décodage de canal pour améliorer la reconstruction des pics éliminés lors de l'émission du message par le phénomène de saturation dû à l'amplification.  The main originality of this invention lies in the use of the decided output (hard output) of the channel decoding algorithm to improve the reconstruction of the peaks eliminated during transmission of the message by the saturation phenomenon due to amplification.

Cette invention permet à faible coût calculatoire un gain très important de reconstruction lors de la réception du message. De plus ce procédé peut s'insérer dans toutes les chaînes de communications sur transmissions multi-porteuses codées.  This invention makes it possible, at a low computational cost, to gain a very large amount of reconstruction during the reception of the message. Moreover, this method can be inserted in all the communication channels on coded multi-carrier transmissions.

Le principe de fonctionnement du Turbo-DAR est donné sur la figure 1. Le récepteur OFDM est situé à la sortie du canal de transmission, couplé à une boucle de décision/reconstruction contenant l'algorithme de décodage à entrées souples- sorties décidées, les étapes de Mapping/Demapping (Transformation Bits/Symboles) et de conversion fréquence/temps. L'aspect Itératif de l'algorithme est assurée par le comparateur assurant le rôle de décision quant à la présence ou non de saturation lors de l'émission du message. C'est lui qui maintient l'étape de décodage/reconstruction du message assurant ainsi l'effet de Turbo reconstruction.  The principle of operation of the Turbo-DAR is given in FIG. 1. The OFDM receiver is located at the output of the transmission channel, coupled to a decision / reconstruction loop containing the decoupled soft-output decoding algorithm. steps of Mapping / Demapping (Transformation Bits / Symbols) and frequency / time conversion. The iterative aspect of the algorithm is ensured by the comparator ensuring the decision-making role as to the presence or not of saturation during the transmission of the message. It is he who maintains the decoding / reconstruction of the message thus ensuring the effect of Turbo reconstruction.

Le procédé selon l'invention s'applique à tous les types de communications numériques multi-porteuses protégées par un code correcteur d'erreur.  The method according to the invention applies to all types of multi-carrier digital communications protected by an error correction code.

L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet.  The invention is described in the foregoing by way of example. It is understood that the skilled person is able to realize different variants of the invention without departing from the scope of the patent.

2857180 82857180 8

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement du signal consistant à reconstruire les erreurs d'amplification sur un signal codé par un code correcteur d'erreur (codage de canal) caractérisé en ce que la reconstruction est réalisée de façon itérative, prend en compte les a priori induits par le codage canal et met en oeuvre un algorithme de décodage à entrée souple et sortie décidée combinées à une prise de décision, cette décision étant relative à la présence éventuelle de saturation et déclenchant ou non la reconstruction.  A signal processing method consisting in reconstructing the amplification errors on a signal encoded by an error correction code (channel coding), characterized in that the reconstruction is performed iteratively, takes into account the induced a priori by the channel coding and implements a decoding algorithm with flexible input and decided output combined with a decision-making, this decision being related to the possible presence of saturation and triggering or not the reconstruction. 2. Procédé de traitement du signal selon la 15 revendication 1, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre sur des canaux sélectifs en fréquence.  2. Signal processing method according to claim 1, characterized in that it is implemented on frequency selective channels. 3. Procédé de traitement du signal selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est mis en 20 oeuvre sur une transmission multiporteuses.  3. Signal processing method according to claim 1 or 2, characterized in that it is implemented on a multicarrier transmission. 4. Procédé de traitement du signal selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre sur un signal de type OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).  4. Signal processing method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that it is implemented on an OFDM type signal (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). 5. Procédé de traitement du signal selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape d'égalisation.  5. signal processing method according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises an equalization step. 6. Procédé de traitement du signal selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la transmission du signal est conforme à une des normes suivantes: ADSL, HiperLAN, Digital Video Broadcasting, HiperMAN, IEEE 802.11a, IEEE 802.11g ou IEEE 802. 16a&b.  Signal processing method according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission of the signal complies with one of the following standards: ADSL, HiperLAN, Digital Video Broadcasting, HiperMAN, IEEE 802.11a, IEEE 802.11g or IEEE 802. 16a & b. 7. Système pour la mise en oeuvre du procédé selon 5 l'une quelconque des revendications précédentes comprenant au moins un récepteur et un module de décodage.  7. System for implementing the method according to any one of the preceding claims comprising at least one receiver and a decoding module. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un bloc d'égalisation.  8. System according to claim 7, characterized in that it further comprises an equalization block.