ANALYSE DES PERFORMANCES DANS DIFFÉRENTS SCÉNARIOS DE CANAUX

ANALYSE DES PERFORMANCES DANS DIFFÉRENTS SCÉNARIOS DE CANAUX

Modélisation proposée d’un mobile dans un environnement urbain avec passage rapide d’un canal à un autre

Dans la réalité, le récepteur peut se déplacer avec une grande vitesse, comme dans le cas d’un mobile dans une voiture ou un avion, etc. Donc l’environnement de la transmission peut changer rapidement en fonction du temps. Par exemple: tout d’abord, une voiture se déplace dans un environnement urbain. Pendant ce temps-là, il y a beaucoup d’obstacles, comme des maisons, des arbres, etc., qui peuvent causer des difficultés sur la transmission entre l’émetteur et le récepteur. Le signal reçu au récepteur subit l’effet de trajets multiples, avec un nombre de trajets ainsi qu’un temps de délai qui sont inconnus. Ensuite, si la voiture entre dans le tunnel de la montagne, alors, l’environnement de transmission des signaux change rapidement. Une conséquence de ce phénomène est que le signal reçu est constitué de plusieurs répliques du signal principal avec des caractéristiques en amplitude et en phase propres à chacun des trajets. Dans quelques cas, le récepteur ne peut pas éliminer les effets néfastes du canal, puisqu’il ne peut pas obtenir précisément le signal désiré. Alors, le système de communication ne fonctionne pas correctement. Dans cette partie, un modèle du canal qui change rapidement en fonction du temps avec des délais importants sera construit. Ensuite, on trouve à quelle condition du canal le récepteur peut avoir une bonne performance ou perdre la synchronisation. La Figure 1.9 présente un scénario du canal qui représente cette réalité. Normalement, le canal est caractérisé par beaucoup de facteurs comme le délai, des variations de l’amplitude et de la phase, le nombre de trajets, etc. L’égaliseur peut éliminer l’effet de trajets multiples. Dans quelques cas, l’égaliseur ne peut pas suivre le changement du canal. La Figure 1.10 présente le modèle du canal qui change rapidement en fonction du temps.

Un modèle réaliste de canal est présenté à la Figure 1.10. Les signaux de sorties du canal de Rayleigh et du canal de Rice sont passés par les fenêtres 1 et 2 qui ont les formes présentées dans la Figure 1.11 Dans ce modèle du canal, tout d’abord, le signal d(n) est transmis par le canal de Rayleigh. En effet, la forme de la fenêtre 2 montre qu’elle éliminera tout le signal de sortie du canal de Rice pendant l’intervalle de temps1 0;t −t . Alors, le signal reçu au récepteur pendant l’intervalle de temps 1 0;t −t est le signal de sortie du canal de Rayleigh sans délai. Ensuite, de 1t −t à 1 t , c’est le temps de chevauchement entre deux canaux. Le signal reçu au récepteur pendant ce temps-là est une somme entre le signal de sortie du canal de Rayleigh et le signal de sortie du canal de Rice qui sont passés des fenêtres un et deux. Enfin, à partir de 1 t , le signal reçu au récepteur est le signal de sortie du canal de Rice avec des délais.

SYNCHRONISATION ET ÉGALISATION DES SYSTÈMES DE COMMUNICATION

Dans un contexte de télécommunication, le signal principal subit toujours des effets indésirables, comme on les a présentés au Chapitre 1. Alors, le signal reçu au récepteur est la somme entre l’information principale et des informations interférentes du canal. C’est pourquoi, la synchronisation et l’égalisation sont des composantes importantes qui existent toujours au récepteur pour assurer que le récepteur démodule correctement le signal reçu. La Figure 2.1 présente un modèle simple d’un système de télécommunication. e−j(wet) Figure 2.1 Modèle du système de télécommunication Adaptée de Du (2010, p.259) La Figure 2.1 permet d’avoir une vue d’ensemble du système de télécommunication. Tout d’abord, des données d(n) sont modulées pour les adapter à la transmission du canal. « D’une part, le signal est directement transmis sur le canal avec une modulation en bande de base. D’autre part, le signal émis est centré sur une porteuse dans le cas d’une modulation avec porteuse » (Aksas, 2003, p.7). Ensuite, elles sont transmises sur le canal qui est caractérisé par sa bande passante, des trajets multiples, l’effet de Doppler et le bruit qu’il génère. Les données désirables au récepteur sont des données non modifiées par le canal. Cependant, il y a toujours une certaine imperfection, cela est dû aux composantes imparfaites, au bruit thermique ou aux interférences des autres communications. Alors, l’égaliseur éliminera l’effet néfaste du canal par estimation du canal. La synchronisation du temps sera utilisée pour connaître le temps de début des données et du symbole. En outre, la synchronisation de la fréquence peut assurer que la fréquence de la porteuse et la fréquence de l’oscillateur local sont les mêmes. Le codage de canal n’est pas considéré dans ce mémoire. Le but le plus important de ce mémoire est d’estimer le fonctionnement des blocs égalisation et synchronisation de trame au récepteur. En supposant que la synchronisation de la fréquence et la synchronisation du symbole sont toujours obtenues au récepteur.

Introduction à la synchronisation « Deux séquences d’événements sont synchrones si les événements correspondants dans les deux séquences se produisent simultanément » (Paul, 1978, p.3). Plus simplement, dans la réalité, le récepteur doit connaître exactement le temps, décalé par un délai de propagation, où les données ont été transmises. Alors, la synchronisation est une tâche essentielle et son échec cause la perte des performances du système de télécommunication. Une tâche difficile au récepteur est de récupérer les informations transmises en estimant bien des évanouissements. C’est pourquoi, il y a plusieurs niveaux de la synchronisation. La première technique de synchronisation est la synchronisation de l’horloge. Le rythme de l’horloge au récepteur est conçu pour avoir le même rythme que l’horloge à l’émetteur. Deuxièmement, on doit compenser le décalage de phase et de fréquence de la porteuse au récepteur, décalage qui existe toujours entre une porteuse de référence locale et une porteuse reçue. La boucle de verrouillage de phase est souvent utilisée dans ce cas-ci. Troisièmement, la synchronisation du symbole est utilisée pour échantillonner le symbole à l’instant idéal. La synchronisation de trame est une technique d’un autre niveau qui dépend des entêtes de la trame.

En général, pour avoir la synchronisation de trame, la synchronisation de symbole doit être maintenue. « Dans quelques cas, la synchronisation de phase est maintenue après la synchronisation de trame » (Paul, 1978, p.20). La Figure 2.2 est un exemple de la synchronisation de la fréquence avec une boucle de verrouillage de phase. Supposons que ω? ? est la fréquence initiale de la porteuse au récepteur. Soit une fréquence désirée, dans ce cas-là, la fréquence d’entrée 1 . Alors, la boucle de verrouillage de phase sera utilisée. Après quelques itérations, le changement de la fréquence ‘ 0 a tendance à diminuer le décalage de la fréquence 0 . Enfin, après un temps Tp, la fréquence régénérée par la boucle a la même valeur que la fréquence de référence 1 . On peut dire que, dans ce temps-là, la boucle de verrouillage de phase est fermée et elle conservera ce statut pour assurer que la fréquence ω? ? ait toujours la même valeur que la fréquence de référence. Normalement, pour obtenir la synchronisation de trame, des bits connus constituant un entête ont été insérés avant les données principales. La Figure 2.3 donne un exemple de la structure de trame.

Performance de l’égaliseur dans la sous-section

L’objectif le plus important d’un système de communication est de minimiser l’erreur entre l’émetteur et le récepteur, qui est toujours présente dans la réalité. La valeur de l’erreur quadratique moyenne (EQM) est souvent calculée pour estimer le fonctionnement et la performance d’un égaliseur ainsi que d’un système de communication. La construction du scénario du canal est présentée dans la sous-section 1.4 et il est simulé avec un temps d’échantillonnage symbole (Ts) de 10−4 (s) et à une petite valeur de la fréquence Doppler de 0.01(Hz). Ces paramètres ainsi que ceux qui suivent sont quelque peu arbitraire et choisis pour illustrer la technique. L’estimation de la performance de l’EQM dépend de quatre paramètres: le pas de l’algorithme, le nombre de coefficients de RLS, le temps de chevauchement et une puissance du bruit. La simulation se fait avec Matlab, le nombre de coefficients est fixé à cinq, la valeur λ est de 0.99, et le temps de chevauchement égale à 0.2 seconde.

Cela signifie que le canal doit subir l’effet de trajets multiples pendant 0.2 seconde. Le canal est quasiment idéal avec le rapport signal sur bruit (SNR) à 30 dB où la puissance du signal émise est mille fois plus importante que la puissance d’évanouissement au récepteur. La modulation utilisée est la modulation de phase en quadrature, Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), le diagramme de constellation comporte donc quatre points, et chaque point est codé par deux bits. Le signal est toujours reçu avec un délai au mieux dû à la propagation de l’onde mais qui peut aussi être rallongé par des délais de traitement numérique et analogique. Dans cette partie, on considère le canal de trajets multiples avec un trajet principal sans délai, de puissance unitaire, et un trajet secondaire, avec un retard de 2 symboles ainsi qu’une puissance réduite et constante, qui sont présentés dans la Figure 3.1

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 CANAUX DE COMMUNICATION À TRAJETS MULTIPLES
1.1 Propagation trajets multiples, le modèle
1.1.1 Effet de trajets multiples
1.1.2 Distribution de Rayleigh
1.1.3 Distribution de Rice
1.2 Effet de Doppler
1.3 Canaux à la réponse impulsionnelle étalée
1.4 Modélisation proposée d’un mobile dans un environnement urbain avec passage rapide d’un canal à un autre
CHAPITRE 2 SYNCHRONISATION ET ÉGALISATION DES SYSTÈMES DE COMMUNICATION
2.1 Introduction à la synchronisation
2.2 Introduction à l’égalisation
2.2.1 Égaliseur linéaire avec algorithme du gradient stochastique (LTE-LMS)
2.2.2 Égaliseur linéaire avec algorithme des moindres
carrés récursifs (LTE-RLS)
2.2.3 Égaliseur non linéaire avec algorithme des moindres carrés récursifs basé sur des décisions (DD-RLS)
2.3 Comparaison des performances des filtres LMS, RLS et DD-RLS
CHAPITRE 3 CONCEPTION D’UN ALGORITHME CORRECTION DES COEFFICIENTS DE L’ÉGALISEUR
3.1 Performance de l’égaliseur dans la sous-section 1.4
3.2 Observation les coefficients de l’égaliseur
3.2.1 Observation les coefficients de l’égaliseur pendant le mode d’apprentissage
3.2.2 Observation des coefficients de l’égaliseur pendant le mode de décision
3.3 Détection de la transmission
3.3.1 Nombre d’erreur par bloc de 1000 symboles dans le cas où Δ égale à deux
3.3.2 Nombre d’erreur par bloc de 1000 symboles dans le cas où Δ égale à quatre
3.4 Algorithme pour recentrer les coefficients de l’égaliseur
3.4.1 Algorithme qui positionne le coefficient central à W2
3.4.2 Résultat de la simulation
CHAPITRE 4 ANALYSE DES PERFORMANCES DANS DIFFÉRENTS SCÉNARIOS DE CANAUX
4.1 Modèle du canal avec un temps de chevauchement plus grand
4.1.1 La valeur de Δ égale à 4 pendant le mode d’apprentissage
4.1.2 Résultat de simulation avec l’algorithme qui positionne
le coefficient central à W2 du canal avec le temps de chevauchement plus grand
4.2 Modèle du canal avec un signal direct et deux signaux de trajets multiples
4.2.1 La valeur de Δ égale à 1 pendant le mode d’apprentissage
4.2.2 La valeur de Δ égale à 4 pendant le mode d’apprentissage
4.2.3 Algorithme qui positionne le coefficient central à W2 dans le
cas où il y a beaucoup de délai du canal
4.3 Condition pour assurer le bien fonctionnement de l’algorithme qui
positionne le coefficient central à W2
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE

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