Domaine de l'invention

La présente invention se rapporte au domaine des télécommunications.

La présente invention se rapporte plus particulièrement à un procédé et à un système d'émulation de terminaux mobiles afin de tester des stations de base d'un réseau de télécommunications mobiles.

La présente invention s'applique aux stations de base dénommées « eNodeB » dans le cadre de la quatrième génération de télécommunications mobiles : LTE ou « Long Term Evolution ».

Etat de la technique

On connaît dans l'état de la technique la demande PCT N° WO 03/069814 (Dyaptive Systems Incorporated), qui décrit un simulateur pour terminaux mobiles au sein d'un réseau de télécommunications sans-fil, dans le but de tester les stations de bases.

L'effet de la vitesse Doppler sur la dégradation du SINR (Signal to Interférence plus Noise Ratio) a été abordé dans la publication suivante:

[1 ] M. Speth, S. Fechtel, G. Fock, H. Meyr, "Optimum Receiver Design for

Wireless Broadband Systems Using OFDM - Part 1", IEEE transactions on communications, vol. 47, no. 1 1 , Nov. 1999

L'effet du canal multi-trajets sur la compression du SINR a été abordé dans les publications suivantes:

[2] E. Tuomaala and H. Wang, "Effective SINR approach of link to System mapping in OFDM/multi-carrier mobile network", in Mobile Technology, Application and Systems, 2005 2 ^nd International Conférence on, Nov. 2005 [3] X. He, K. Niu, Z.He, and J. Lin, "Link Layer Abstraction in MIMOOFDM System," in Proc. International Workshop on Cross Layer Design, 2007

[4] R. Sandanalakshmi, T. Palanivelu, and K. Manivannan, "Effective SNR Mapping for Link Error Prédiction in OFDM based Systems," in Proc. IET-UK International Conférence on Information and Communication Technology in Electrical Sciences ICTES, 2007

Exposé de l'invention

La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé permettant d'émuler un grand nombre de terminaux mobiles afin de tester des stations de base d'un réseau de télécommunications. La présente invention permet de réduire la complexité de calcul d'un émulateur de canal multi mobiles.

La présente invention concerne, dans son acception la plus générale, un procédé de test en laboratoire de stations de base d'un réseau de télécommunications mobiles comportant une pluralité de cellules, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :

• connexion d'une station de base au niveau de son antenne à un système de test au moyen d'un câble radiofréquence ;

• émulation de terminaux mobiles d'une cellule, lesdits terminaux mobiles transmettant des données et émettant/recevant des appels dans ladite cellule à travers une station de base ; et

• en ce qu'on a un émulateur de canal indépendant pour chaque terminal mobile émulé.

Avantageusement, ledit procédé s'applique à des stations de bases de type eNodeB pour des réseaux de type LTE (Long Term Evolution). Selon un mode de réalisation, ledit procédé met en œuvre une pluralité de canaux multitrajets en voie montante (uplink) sur la base d'un seul processeur de transformée fréquence temps. Avantageusement, ledit processeur de transformée fréquence temps est de type transformée de Fourier rapide.

Selon une variante, lesdits canaux multitrajets sont des filtres à réponse impulsionnelle finie dont les coefficients complexes varient dans le temps.

Selon un mode de réalisation, lesdits canaux multitrajets sont appliqués dans le domaine dit fréquentiel avant la transformée fréquence temps.

Ainsi, l'émulation du canal est insérée à l'intérieur du modulateur ce qui est rendu possible par la forme d'onde OFDMA du LTE (cf. Figure 2).

De préférence, lesdits canaux multitrajets sont multiplexés en fréquence avant leur application sur le signal transmis par les terminaux mobiles. Cette étape de multiplexage en fréquence permet d'appliquer une pluralité de canaux multitrajets associés à une pluralité de terminaux mobiles en utilisant une seule opération de multiplication vectorielle. Si on considère un étalement temporel de FILTER_SIZE échantillons, cette étape de procédé permet d'obtenir un gain de FILTER_SIZE ^* NB_UES.

Selon un mode de réalisation, ledit procédé met en œuvre une émulation d'une pluralité de distances variables entre la station de base et les terminaux mobiles indépendantes sur la base d'un seul processeur FFT (Fast Fourier Transform).

Avantageusement, la distance émule simultanément un délai de propagation et l'affaiblissement du signal au regard d'une loi décrivant la décroissance de la puissance du signal. Selon une variante, ladite émulation de distance est implémentée sous la forme d'une rampe de phase dans le domaine fréquentiel.

Selon une variante, ledit procédé met en œuvre une émulation d'une variation des conditions Doppler sur la base d'un seul jeu de réalisations de canaux multitrajets, la vitesse Doppler étant induite par le sous échantillonnage de ce jeu de réalisation de canaux multitrajets, et une réalisation de canal étant associée à un étalement temporel qui varie en fonction du sous-échantillonnage choisi.

Selon un mode de mise en œuvre particulier, ledit procédé assure la continuité du canal par transposition symétrique des réalisations de canal, permettant un rebouclage sans discontinuité. Selon un mode de réalisation, ledit procédé comporte en outre une étape de compression du SINR (Signal to Interférence plus Noise Ratio) prenant en compte l'effet Doppler, le bruit d'estimation, l'évanouissement (fading) et le facteur de bruit du récepteur.

Cette méthode permet de transposer des abaques de taux d'erreur bloc standard sous canal de BBAG (bruit blanc additif gaussien) vers du taux d'erreur bloc sous des conditions de canaux multitrajets et de Doppler. L'innovation de ce procédé tient de son implémentation décrite plus bas et aussi en ce qu'il combine l'effet Doppler et le canal multitrajets dans l'étape de compression du SINR (cf. Figures 2 et 3).

Avantageusement, ledit procédé est mis en œuvre sur la base d'une LUT (Look-Up Table) de l'émulation de compression du SINR (Signal to Interférence plus Noise Ratio) pour le calcul du BLER (Block Error Rate) en voie descendante (downlink) et CQI (Channel Quality Indicator) en voie descendante (downlink).

Selon un mode de réalisation, ledit procédé comporte une étape d'émulation d'un canal MIMO (Multiple-lnput Multiple-Output) en voie descendante (downlink) LTE (Long Term Evolution) en interagissant sur le retour des informations de type CQI (Channel Quality Indicator), RI (Rank Indicator), PMI (Precoding Matrix Index) et BLER (Block Error Rate). Selon un mode de réalisation, pour la poursuite des CQIs (Channel

Quality Indicators) : à chaque itération, on utilise le couple de ^ .^de l'itération précédente et on teste les N couples de ^ι , ⁰⁽² adjacents, le meilleur de ces N couples étant utilisé comme couple de base à l'itération suivante, l'expression

1 SINR' \k]

SINR _e ' _ff = - , ln( £ exp(

EESM ^Nb > " ⁼ ° ^a? utilisant N couples de valeurs ^ι , ⁰⁽² associées à N CQIs (Channel Quality Indicators), ladite expression EESM convergeant vers la bonne valeur si elle a été calibrée avec les bons couples de valeurs de "i , ⁰ ^ .

Ainsi, la complexité de calcul est limitée au test de (N«15) couples et on suppose une convergence de l'algorithme vers le couple optimal.

Selon une variante, ledit procédé comporte en outre une étape de propagation cohérente des paramètres Tx power (puissance de transmission), Tx fading (évanouissement en transmission), CQI (Channel Quality Indicator), PMI (Precoding Matrix Index), RI (Rank Indicator), Doppler, BLER (Block Error Rate) en voie descendante (downlink) sur la base d'un modèle de canal de type « delay line » et d'un profil de distance.

Avantageusement, ledit procédé met en œuvre une dynamique de puissance en voie montante (uplink) sur une partition respectivement numérique et analogique de la dynamique spécifique auxdits terminaux mobiles et de la dynamique spécifique à une cellule.

La présente invention se rapporte également à un système de test en laboratoire de stations de base d'un réseau de télécommunications mobiles comportant une pluralité de cellules, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour :

• connecter une station de base au niveau de son antenne audit système de test au moyen d'un câble radiofréquence ;

• émuler des terminaux mobiles d'une cellule, lesdits terminaux mobiles transmettant des données et émettant/recevant des appels dans ladite cellule à travers une station de base ; et

• avoir un émulateur de canal indépendant pour chaque terminal mobile émulé.

Brève description des dessins

On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux Figures dans lesquelles :

• la Figure 1 illustre le système selon la présente invention dans un mode de réalisation ;

• la Figure 2a représente un modulateur et un émulateur de canal externe, conformément à l'état de la technique ;

• la Figure 2b illustre un modulateur comportant un émulateur de canal, conformément à la présente invention ;

• les Figures 3 et 4 représentent l'étape de compression du SINR (Signal to Interférence plus Noise Ratio), dans le cadre du procédé selon la présente invention ;

• la Figure 5 illustre le multiplexage en fréquence d'une pluralité de canaux multitrajets, dans le cadre du procédé selon la présente invention ; et

• les Figures 6 et 7 représentent le système selon la présente invention dans un mode de réalisation. Description détaillée des modes de réalisation de l'invention

Le système 100 et le procédé selon la présente invention permettent d'émuler plusieurs centaines de terminaux mobiles 30, 31 , 32 compatibles LTE.

Selon l'invention, le procédé permet de tester en laboratoire des stations de base 10, 1 1 , 12 d'un réseau 20 de télécommunications mobiles comportant une pluralité de cellules 40, 41 , 42,

Le procédé selon la présente invention comporte les étapes suivantes : • connexion d'une station de base 10 au niveau de son antenne 50 à un système 100 de test au moyen d'un câble radiofréquence 60

· émulation de terminaux mobiles 30, 31 , 32 d'une cellule 40, lesdits terminaux mobiles 30, 31 , 32 transmettant des données et émettant/recevant des appels dans ladite cellule 40 à travers une station de base 10.

On a un émulateur de canal indépendant pour chaque terminal mobile émulé.

Les terminaux mobiles 30, 31 , 32 émulés stimulent en charge la station de base 10 : ils émettent des appels, transmettent des données, notamment au moyen d'un protocole de voix sur IP (« VoIP »). La station de base 10 est ainsi stimulée en laboratoire, comme elle le serait en environnement réel.

Les terminaux mobiles émulés 30, 31 , 32 sont contenus dans un châssis

80. On cherche à émuler la réalité de l'environnement radio. On simule les bâtiments, les mouvements des terminaux mobiles 30, 31 , 32 (par exemple dans une automobile, ou portés par un piéton qui marche). Le système 100 et le procédé selon la présente invention permettent de simuler :

• un modèle de canal multi-trajets :

• un modèle de propagation (des ondes) ; « un modèle Doppler (lié à la mobilité).

Le système 100 et le procédé selon la présente invention permettent de représenter un environnement réaliste, prenant en compte la vitesse des terminaux mobiles 30, 31 , 32, leur distance à la station de base 10 et l'environnement (bâtiments etc.)

La Figure 1 illustre le système 100 selon la présente invention : une station de base 10 communique avec des terminaux mobiles 30, 31 , 32 émulés. Le système 100 selon la présente invention permet de tester en laboratoire de stations de base 10, 1 1 , 12 d'un réseau 20 de télécommunications mobiles comportant une pluralité de cellules 40, 41 , 42. Ce système 100 comporte des moyens pour :

• connecter une station de base 10 au niveau de son antenne 50 audit système 100 de test au moyen d'un câble radiofréquence 60 ; et

• émuler des terminaux mobiles 30, 31 , 32 d'une cellule 40, lesdits terminaux mobiles 30, 31 , 32 transmettant des données et émettant/recevant des appels dans ladite cellule 40 à travers une station de base 10.

La Figure 2a représente un modulateur et un émulateur de canal externe, conformément à l'état de la technique.

La Figure 2b illustre un modulateur comportant un émulateur de canal, conformément à la présente invention. Les Figures 3 et 4 représentent l'étape de compression du SINR (Signal to Interférence plus Noise Ratio), dans le cadre du procédé selon la présente invention. La Figure 5 illustre le multiplexage en fréquence d'une pluralité de canaux multitrajets, dans le cadre du procédé selon la présente invention.

Les Figures 6 et 7 représentent le système selon la présente invention dans un mode de réalisation.

Dans le système selon la présente invention, on a un émulateur de canal indépendant pour chaque terminal mobile émulé. Ainsi, pour chaque terminal mobile émulé, le canal perçu est différent. Le système selon l'invention prend en compte les éventuels bâtiments (et réflexions de signal associées) et la distance de chaque terminal mobile à la station de base. Ceci permet de représenter un environnement réaliste.

Dans un mode de réalisation, on mutualise une fonction de type IFFT pour tous les terminaux mobiles émulés.

Dans un mode de réalisation, on mutualise une fonction de type FFT pour tous les terminaux mobiles émulés.

Voie montante (« uplink »)

Dans un mode de réalisation, on applique une pluralité de réponses de canal dans le domaine fréquentiel en profitant du fait que dans le LTE, les ressources utilisées par les utilisateurs, sont orthogonales en fréquence, et on applique une multiplication terme à terme, avant l'application d'une fonction de type IFFT.

Le procédé met en œuvre une pluralité de canaux multitrajets en voie montante (uplink) sur la base d'un seul processeur FFT (Fast Fourier Transform).

Ceci est réalisé grâce à un « mapping » des différents canaux. Dans un mode de réalisation, pour chaque utilisateur, on stocke les réponses à l'initialisation du système, en présence de Doppler.

On stocke en mémoire les instances du canal qui correspondent à la plus petite vitesse que l'on souhaite émuler. Le stockage est réalisé de manière à représenter une statistique suffisante du canal.

Dans un mode de mise en œuvre particulier, on stocke cinquante temps de cohérence. Dans un mode de réalisation, on émule le Doppler grâce à un sous- échantillonnage du canal. Ce sous-échantillonnage est réalisé en fonction de la vitesse du terminal mobile qui a été paramétrée.

Dans un mode de réalisation, le procédé selon la présente invention assure la continuité du canal par transposition symétrique des réalisations de canal.

Dans un mode de réalisation, le procédé selon la présente invention met en œuvre une dynamique de puissance en voie montante (uplink) sur une partition respectivement numérique et analogique de la dynamique spécifique auxdits terminaux mobiles (30, 31 , 32) et de la dynamique spécifique à une cellule (40).

Voie descendante (« downlink ») Dans un mode de réalisation, on utilise des informations rapportées par le terminal mobile à la station de base afin que cette dernière puisse prendre des décisions. L'émulation du canal est alors réalisée en faisant abstraction du canal au niveau physique, et en émulant les mesures qu'on rapporte sur la station de base (eNodeB). A partir des réalisations de canal, on cherche à modéliser les paramètres sensées être rapportées par le terminal mobile sur la station de base (eNodeB). Parmi ces paramètres, on trouve : BLER (Block Error Rate), CQI (Channel Quality Indicator), PMI (Precoding Matrix Index) et RI (Rank Indicator). Ces paramètres sont directement dépendants du canal, et permettent de modéliser ledit canal en voie descendante (downlink). Dans un mode de réalisation, le procédé selon la présente invention est mis en œuvre sur la base d'une LUT (Look-Up Table) de l'émulation de compression du SINR (Signal to Interférence plus Noise Ratio) pour le calcul du BLER (Block Error Rate) en voie descendante (downlink) et CQI (Channel Quality Indicator) en voie descendante (downlink).

Dans un mode de réalisation, ledit procédé comporte en outre une étape de compression du SINR (Signal to Interférence plus Noise Ratio) prenant en compte l'effet Doppler, le bruit d'estimation, l'évanouissement (fading) et le facteur de bruit du récepteur.

Cette méthode permet de transposer des abaques de taux d'erreur bloc standard sous canal de BBAG (bruit blanc additif gaussien) vers du taux d'erreur bloc sous des conditions de canaux multitrajets et de Doppler. L'innovation de ce procédé tient de son implémentation décrite plus bas et aussi en ce qu'il combine l'effet Doppler et le canal multitrajets dans l'étape de compression du SINR (cf. Figures 2 et 3).

Dans une première étape (Figure 3), le SINR est compressé pour tenir compte de la vitesse Doppler.

La compression de SINR induite par le l'effet Doppler peut être exprimée selon la formule suivante [1] dans le cas particulier d'une transmission SISO :

H,

SINR --

P x Â

p _N +

H, P x  A

Ou A s'exprime comme suit SIR = — - = A _dcp

f f

V

Ps est la puissance du signal et PN la puissance du bruit thermique et H00 le gain de canal sur la sous porteuse. Cette expression peut être extrapolée pour le cas MIMO par la formule suivante :

Où

Q _mNr = inv{HW) = {{HW) ^H {HW)Y ^l {HW ) ^H = {W ^H H ^H HWy ¹ {W ^H H ^H )

W étant la matrice de précodage définie dans la spécification 3GPP TS3621 1 .

Dans le but de réduire la complexité induite par ces méthodes, la présente invention propose de pré-calculer et de stocker en LUT (Look- Up Table) les termes suivants :

Σ ¾

Pour chaque réalisation de canal multitrajets.

Dans une seconde étape, on utilise la méthode dite « Exponential Effective Signal to Interférence and Noise Ratio Mapping » (EESM) (décrite dans les documents [2][3][4] cités ci-dessus) pour compresser le SINR.

1 SINR' \k]

SINR- = -a, ln(— £ exp( ^))

J où / est l'index de temps OFDM, k est l'index de la sous porteuse, N _b i est le nombre total de sous porteuses à moyenner (en temps / et en fréquence k) α ^sont les paramètres de calibration.

Dans le but de réduire la complexité de la seconde étape, la présente invention propose la méthode suivante: -Remplacer le calcul du Log de la somme d'exponentielle par l'algorithme Jacobien avec le terme de correction additif stocké dans une LUT.

-Moyennage du canal en réduisant le calcul des SINR instantanés pour chaque sous porteuse et chaque index temporel à un SINR par sous- ensemble de sous-porteuses et d'index de temps.

-Paralléliser le calcul des SINR en utilisant un ou plusieurs « threads » par terminal mobile, Le nombre de terminaux mobiles traités pour chaque milliseconde est égal à deux fois ou plus le nombre de CPU disponibles pour le système.

Dans un mode de réalisation, le procédé selon la présente invention comporte une étape d'émulation d'un canal MIMO (Multiple-lnput Multiple- Output) en voie descendante (downlink) LTE (Long Term Evolution) en interagissant sur le retour des informations de type CQI (Channel Quality Indicator), RI (Rank Indicator), PMI (Precoding Matrix Index) et BLER (Block Error Rate).

Pour calculer le PMI (Precoding Matrix Index), on utilise une méthode de l'état de l'art basée sur le calcul de l'information mutuelle [2][3][4] décrite ci- dessous :

Dans le but de réduire la complexité de calcul la présente implémentation propose de pré-calculer et stocker en LUT (Look-Up

Table) les éléments suivants: = l°g 2det(/ _M ^ _r + pW ₁ ^H H» _n H^W _i ) = log 2(1 + p ² (e ₀ e ₃ -e > -e ₂ ² ) + p(e ₀ +<¾)) ₍₃₎ où et ^e » ^{+ é} ¾ peuvent être stockées comme des valeurs scalaires réelles . Avec:

De plus afin d'éviter de procéder au K ^* N calcul de log2 exprimés dans (1 ) les arguments de (3) sont factorisés en utilisant l'expression ^l08 ^ ⁼ i°g ₂ W + iog ₂ (y) _ ce qui permet de remplacer des évaluations de fonctions log2 par des multiplications.

L'expression EESM utilise N couples de valeurs ^ι , ⁰⁽² qui sont associées à N CQIs (Channel Quality Indicators). Cette expression converge vers la bonne valeur si elle a été calibrée avec les bons couples de valeurs de ^ .

Dans l'état de la technique, on procède ainsi : pour reporter le CQI correct, on teste les couples de dans l'ordre décroissant de leur valeur de CQI associée. On cherche la valeur la plus grande dont le SINReff garantit que BLER soit inférieur à 0.1 , donc dans le pire des cas, il faut quinze tentatives correspondant aux quinze CQIs du LTE pour la trouver.

Dans le cadre de la présente invention, on procède ainsi : à chaque itération, on utilise le couple de ^ .^de l'itération précédente et on teste les N couples de "' ^adjacents. Le meilleur de ces N couples sera utilisé comme couple de base à l'itération suivante. Ainsi la complexité de calcul est limitée au test de (N«15) couples et on suppose une convergence de l'algorithme vers le couple optimal.

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.