Les codes spatio-temporels

Les réseaux sans fil

   Un réseau sans fil est un réseau dans lequel deux terminaux ou plus peuvent communiquer sans liaison filaire. Grâce aux réseaux sans fil, un utilisateur a la possibilité de rester connecté tout en se déplaçant dans un périmètre géographique plus ou moins étendu. Les réseaux sans fil se divisent en plusieurs catégories différentes selon la taille de la zone géographique à couvrir [12, 13]. On distingue les réseaux personnels sans fil (WPAN), les réseaux locaux sans fil (WLAN), les réseaux métropolitains sans fil (WMAN) et les réseaux étendus sans fil (WWAN). Chacune de ces catégories regroupe différents standards de communication permettant de relier très facilement des équipements distants d‟une dizaine de mètres à quelques kilomètres. Dans l‟intention de toujours offrir au client une large gamme de services tout en garantissant un débit et une qualité de service meilleurs, les constructeurs cherchent à proposer des terminaux mobiles intégrant différents standards et capables de gérer cette cohabitation

Réseaux personnels sans fil (WPAN)

  Le réseau personnel sans fil (WPAN pour Wireless Personal Area Network) concerne les réseaux sans fil d‟une faible portée : de l‟ordre de quelques dizaines de mètres. Ce type de réseau est adapté à relier des périphériques (imprimante, téléphone portable,. . .) ou un  assistant personnel (PDA) à un ordinateur sans liaison filaire ou bien à permettre la liaison sans fil entre deux machines très peu distantes. Il existe plusieurs technologies utilisées pour les WPAN [12]

Bluetooth La principale technologie WPAN est la technologie Bluetooth, lancée par Ericsson en 1994, proposant un débit théorique de 1 Mbps pour une portée maximale d‟une trentaine de mètres. Bluetooth est le nom commercial relatif à la norme IEEE 802.15.1. Sa faible consommation en énergie, la rend particulièrement adaptée à une utilisation au sein de petits périphériques.
Home RF Home RF (pour Home Radio Frequency), lancée en 1998 par le Home RF Working Group (formé notamment par les constructeurs Compaq, Hewlett-Packard, Intel, Siemens, Motorola et Microsoft) propose un débit théorique de 10 Mbps avec une portée d‟environ 50 à 100 mètres sans amplificateur. La norme Home RF soutenue notamment par Intel, a été abandonnée en janvier 2003, notamment car les fondeurs de processeurs misent désormais sur les technologies Wi-Fi embarquées (via la technologie Centrino, embarquant au sein d‟un même composant un microprocesseur et un adaptateur Wi-Fi).
ZigBee La technologie ZigBee (nom commercial relatif à la norme IEEE 802.15.4) permet d‟obtenir des liaisons sans fil à très bas prix et avec une très faible consommation d‟énergie, ce qui la rend particulièrement adaptée pour être directement intégrée dans de petits appareils électroniques. La technologie Zigbee, opérant sur la bande de fréquences des 2,4 GHz et sur 16 canaux, permet d‟obtenir des débits pouvant atteindre 250 Kb/s avec une portée maximale de 100 mètres environ.

Caractéristiques des réseaux WLAN

   Le WLAN est une technologie intéressante parce qu‟il offre une gamme énorme d‟applications grâce à ses plusieurs avantages incluant une haute capacité, une couverture de courte distance, une connectivité complète et une capacité de diffusion. Les principales caractéristiques de WLAN sont les suivantes [13] :
– Disponibilité mondiale selon normes.
– Débit théorique certainement plus haut à ceux offerts par les standards des 3G comme l‟UMTS ( Universal Mobile Telecommunications System).
– Itinérance et support de transfert.
– Facilité de déploiement.
Les caractéristiques de ces systèmes suivent ainsi une évolution qui peut être résumée comme suit [13] : La première génération (IEEE 802.11) depuis 1997 (WLAN/1G) :
– Connectivité de terminaux de PC (entre eux ou à un réseau local fixe).
– APs à base de pont.
– Coexistence avec d’autres réseaux (exemple : WLAN et Ethernet).
– Itinérance. La deuxième génération (IEEE 802.11b) depuis 1998 (WLAN/2G).
– Une gestion plus efficace de WLAN.
– D‟interconnexion et d‟interopérabilité.
– Migration à compter de la première génération.
– Conformité à la norme l’IEEE 802.11b. La troisième génération (802.11 a/g) depuis 2000 (WLAN/3G) :
– A haut débit.
– Conception des réseaux plus ouverts et intégrés.
– Conformité à la norme l’IEEE 802.11a/g.
– Minimisation de dimensions d’antenne.
– Amélioration des sensibilités de récepteur. La quatrième génération (IEEE 802.11n) (WLAN/4G) :
– Très haut débit (Quelques centaines de Mbps).
– Longues distances à hauts taux de données.
– L‟utilisation d‟une technologie robuste (soit MIMO „Multiple Input Multiple Output‟ ou STC „Space Time Coding‟).

Première génération (1G)

   La première génération de téléphonie mobile (1G) possède un fonctionnement analogique. Il s’agissait principalement des standards suivants [21] :
– AMPS (Advanced Mobile Phone System), apparu en 1976 aux Etats Unis, constitue le premier standard de réseau cellulaire. Utilisé principalement Outre-Atlantique, en Russie et en Asie, ce réseau analogique de première génération possédait de faibles mécanismes de sécurité rendant possible le piratage de lignes téléphoniques.
– TACS (Total Access Communication System) est la version européenne du modèle AMPS. Utilisant la bande de fréquence des 900 MHz, ce système fut également largement utilisé en Angleterre, puis en Asie (Hong-Kong et Japon).
– ETACS (Extended Total Access Communication System) est une version améliorée du standard TACS qui fut développé au Royaume-Uni avec un nombre plus important de canaux de communication. La couverture de ces systèmes est à peu près globale à l’échelle d’un pays, mais la capacité en terme d’abonnés et de trafic est faible en raison du multiplexage de type fréquentiel (FDMA) utilisé. Les réseaux cellulaires de première génération ont été rendus obsolètes avec l’apparition d’une seconde génération entièrement numérique.

Introduction au standard GPRS

  Le standard GPRS (General Packet Radio Service) est une évolution de la norme GSM,ce qui lui vaut parfois l’appellation GSM ++ (ou GSM 2+). Etant donné qu’il s’agit d’une norme de téléphonie de seconde génération permettant une transition vers la troisième génération (3G), on parle généralement de 2,5G. Le GPRS permet d’étendre l’architecture du standard GSM, afin d’autoriser le transfert de données par paquets, et des débits théoriques maximums de l’ordre 171,2 kbit/s (en pratique jusqu’à 114 kbit/s). Grâce au mode de transfert par paquets, les transmissions de données n’utilisent le réseau que lorsque cela est nécessaire. Le standard GPRS permet donc aux opérateurs de facturer l’utilisateur en volume échangé plutôt qu’à la durée de connexion, ce qui signifie notamment qu’il peut rester connecté sans sur coût [21]. Ainsi, le standard GPRS utilise l’architecture du réseau GSM pour le transport de la voix, et propose d’accéder à des réseaux de données (notamment internet) utilisant le protocole IP ou le protocole X.25.Le GPRS permet de nouveaux usages que ne permettait pas la norme GSM, répertoriés par les services suivants:
– Services point à point (PTP), c’est-à-dire la capacité à se connecter en mode client serveur à une machine d’un réseau IP.
– Services point à multipoint (PTMP), c’est-à-dire la possibilité d’envoyer la même donnée simultanément à un groupe de destinataires.
– Services de messages courts (SMS).

Table des matières

Remerciements
Résumé
Abstract
Table des matières
Liste des abréviations
Liste des figures
Introduction générale
Chapitre I: Les réseaux sans fil et la modélisation de canal sans fil
I.1 Introduction
I.2 Les réseaux sans fil
I.2.1 Réseaux personnels sans fil (WPAN)
I.2.1.1 Bluetooth
I.2.1.2 Home RF
I.2.1.3 ZigBee
I.2.2 Réseaux locaux sans fil (WLAN)
I.2.2.1 Caractéristiques des réseaux WLAN
I.2.2.2 Wi-Fi (Ou IEEE 802.11)
I.2.2.3 HiperLAN
I.2.3 Réseaux métropolitains sans fil (WMAN)
I.2.3.1 LMDS
I.2.3.2 HiperMAN
I.2.3.3 WiMAX
I.2.4 Les réseaux étendus sans fil (WWAN)
I.2.4.1 Première génération (1G)
I.2.4.2 Le GSM (2G)
I.2.4.3 Le GPRS (2,5G)
I.2.4.4 EDGE (2,75G)
I.2.4.5 Troisième génération (3G)
I.2.4.6 LTE (Long Term Evolution 4G)
I.3 Tableau récapitulatif
I.4 Propriétés d’un Canal radio mobile
I.4.1 Propagation en espace libre
I.4.2 Modélisation d’un canal réel
I.4.2.1 Canal à multi trajets
I.4.2.1.1. Distribution Log-normal
I.4.2.1.2. Distribution de Rayleigh
I.4.2.1.3. Distribution de Rice
I.4.2.1.4. Distribution de Nakagami
I.4.2.2 Description du Slow et Fast fading
I.4.2.3 Canal à évanouissement
I.4.2.3.1. Étalement temporel
I.4.2.3.2. Étalement fréquentiel- doppler
I.5 Conclusion
Chapitre II : Les techniques MIMO et l’OFDM
II.1 Introduction
II.2 Notion de diversité
II.2.1 Diversité temporelle
II.2.2 Diversité fréquentielle
II.2.3 Diversité de polarisation
II.2.4 Diversité spatiale
II.3 Les systèmes MIMO
II.3.1 Modèle du système MIMO
II.3.2 Capacité d’un canal MIMO
II.3.2.1 Gain de multiplexage
II.3.2.2 Gain de diversité
II.4 Techniques de transmission MIMO sans codage de canal
II.4.1 Techniques de diversité
II.4.1.1 Codage espace-temps en treillis (STTC – Space Time Trellis Code)
II.4.1.2 Codage espace-temps en blocs (STBC – Space Time Block Code)
II.4.2 Techniques de multiplexage
II.4.2.1 H-BLAST
II.4.2.2 D-BLAST
II.4.2.3 V-BLAST
II.5 Principe de la technique MIMO
II.5.1 La diversité spatiale MIMO [63- 64]
II.5.2 Le multiplexage spatial MIMO [63- 64]
II.5.3 Le MIMO –Beamforming [63- 64]
II.6 Quelques résultats de la théorie de l’information
II.6.1 Cas du canal ergodique
II.6.1.1 Canal SISO
II.6.1.2 Canal MIMO
II.6.2 Probabilité de coupure
II.6.3 Compromis de gain de multiplexage-diversité
II.7 La modulation OFDM
II.7.1 Principe des modulations multi porteuses
II.7.2 Le signal OFDM
II.7.3 L’insertion de l’intervalle de garde
II.8 Conclusion
Chapitre III : Les codes spatio-temporels
III.1 Introduction
III.2 Le codage spatio-temporel
III.2.1 Construction des codes
III.2.2 Hypothèses
III.2.3 Critères de construction des codes espace-temps
III.2.4 Architecture générale d’un système de codage spatio-temporel
III.2.5 Différentes Classes des codes spatio-temporels
III.2.5.1 Codes ST en Treillis
III.2.5.2 Code temps-espace en blocs (STBC)
III.2.5.3 Codes ST orthogonaux
III.2.5.3.1. Code d’Alamouti
III.2.5.3.2. Les codes espace-temps en blocs de Tarokh
III.3 Modèle mathématique du STBC de l’émission à la réception
III.3.1 Le codage
III.3.2 Algorithme du décodage par MV
III.4 Résultats de simulation
III.4.1 Les performances du code OSTBC
III.4.2 Comparaison entre NOSTBC et OSTBC
III.4.3 Effet de la taille de constellation des modulations sur OSTBC
III.5 Conclusion
Chapitre IV : L’association de STBC-OFDM dans un canal MIMO sans fil
IV.1 Introduction
IV.2 Les avantages de l’OFDM
IV.3 Les inconvénients de l’OFDM
IV.4 Les avantages de la technologie MIMO
IV.5 Codage spatio-temporel
IV.6 Systèmes SISO-OFDM
IV.7 Systèmes MIMO-OFDM
IV.8 Les techniques de la diversité de transmission pour l’OFDM
IV.8.1 Système SFBC (Space Frequency Block Code) –OFDM
IV.8.2 Système OSTBC-OFDM
IV.9 Résultats et discussions
IV.9.1 Influence de la longueur d’IFFT sur Alamouti-OFDM et Tarokh-OFDM
IV.9.2 Influence de l’ordre de constellation de la modulation PSK et QAM sur Alam-OFDM et Tarokh-OFDM
IV.9.3 Comparaison entre Alamouti-OFDM et Tarokh-OFDM
IV.9.4 Comparaison avec d’autres travaux
IV.9.5 Comparaison avec NOSTBC-OFDM
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
Les travaux scientifiques
Références

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