Les systรจmes MIMOย
Historiquement, les transmissions MIMO ont รฉtรฉ conรงues en 1996 par le laboratoire Bell [Fos96] afin dโaugmenter la capacitรฉ du canal. Ce type de transmission utilise plusieurs antennes en รฉmission et plusieurs antennes en rรฉception afin de transmettre un message. Par la suite des techniques de codage [Ala98, TJC99a, BRV05] ont รฉtรฉ proposรฉes afin dโutiliser les transmissions ร antennes multiples, non plus pour augmenter la capacitรฉ du canal mais pour augmenter la fiabilitรฉ de la transmission. Au niveau du rรฉcepteur de nombreuses techniques de dรฉcodage ont รฉtรฉ proposรฉes, comme lโรฉgaliseur du forรงage ร zรฉro ou le dรฉcodeur ร maximum de vraisemblance,…
Les transmissions MIMO
Modรจle thรฉorique
Considรฉrons un systรจme MIMO avec Nt รฉmetteurs et Nr rรฉcepteurs . On suppose ici que le canal de transmission est non-sรฉlectif en temps et en frรฉquence, ainsi le trajet entre la mแต antenne รฉmettrice et la nแต antenne rรฉceptrice est reprรฉsentรฉ par le coefficient dโattรฉnuation complexe hโโ.
Canaux de transmission
Les signaux transmis en communication numรฉrique sont gรฉnรฉralement perturbรฉs par un bruit additif b(k) et un canal de transmission h(k). Ce paragraphe vise ร prรฉsenter les diffรฉrents types dโattรฉnuation que peuvent subir les signaux sources. Ainsi, nous allons prรฉsenter maintenant le bruit additif et les diffรฉrents รฉvanouissements provoquรฉs par le canal de transmission.
Les รฉvanouissements sรฉlectifs en frรฉquence
Ces รฉvanouissements, encore appelรฉs attรฉnuations, se caractรฉrisent essentiellement par le phรฉnomรจne de trajets multiples liรฉ aux interactions รฉlectromagnรฉtiques telles que la diffraction, la rรฉflexion et la rรฉfraction causรฉes par les bรขtiments, arbres, voitures, montagnes, etc…, pour les environnements extรฉrieurs et les meubles, murs, etc… pour les environnements intรฉrieurs. Les composantes du signal arrivent donc au rรฉcepteur avec des retards diffรฉrents, des puissances attรฉnuรฉes et avec un certain dรฉcalage de phase.
Le canal ร รฉvanouissements frรฉquentiels peut รชtre caractรฉrisรฉ par lโรฉtalement temporel Tm et la bande de cohรฉrence Bc. Lโรฉtalement temporel Tm est dรฉfini par la diffรฉrence entre le plus grand et le plus court des retards. Quant ร la bande de cohรฉrence Bc du canal, elle correspond ร la gamme de frรฉquence sur laquelle on peut considรฉrer la fonction de transfert du canal comme constante .
Les techniques MIMO
Cette partie recense les diffรฉrents types de techniques MIMO dโรฉmission utilisรฉes dans cette thรจse. Ces techniques MIMO se dรฉcoupent en deux groupes principaux, dโune part les techniques ร multiplexage spatial qui permettent dโaugmenter la capacitรฉ du systรจme par rapport ร un systรจme SISO et dโautre part les codes espace-temps qui augmentent la diversitรฉ du systรจme afin dโaccroรฎtre la fiabilitรฉ de la transmission. Nous prรฉsenterons les codes ร multiplexage spatial V, D et H-BLAST crรฉรฉs par Foschini en 1996 [Fos96, WFGV98], ainsi que les codes dโAlamouti [Ala98], de Tarokh [TJC99a] et le code dโor [BRV05] qui font partie des codes espace-temps. Ces techniques de codage MIMO, mis ร part les codes de Tarokh, sont utilisรฉes dans les standarts Wi-fi (IEEE 802.11n)[80207], Wi-Max SC (IEEE 802.16)[80204], Wi-Max OFDMA (IEEE 802.16) et UMTS release 6 et 7 (3GPP)[3GP07].
Les techniques ร multiplexage spatial
Le principe du multiplexage spatial est lโagencement sans redondance de la sรฉquence dโinformation suivant lโaxe spatial. Le systรจme transmet alors Nt fois plus de symboles utiles par unitรฉ de temps quโun systรจme SISO. Un tel systรจme a รฉtรฉ proposรฉ par Foschini [Fos96] en 1996, lโarchitecture de ce premier systรจme MIMO, est appelรฉ D-BLAST(5). Par la suite Foschini et Wolniansky proposent deux schรฉmas de codage plus rรฉalistes [WFGV98], appelรฉ V-BLAST(6) et H-BLAST(7). Pour pouvoir รชtre dรฉcodรฉs, ces codes BLAST doivent utiliser au moins autant dโantennes en rรฉception quโen รฉmission.
Architecture H-BLAST
Cette architecture horizontale dรฉcoupe directement la chaรฎne dโinformation en Nt sous-chaรฎnes puis chacune est codรฉe indรฉpendamment. Aprรจs avoir รฉtรฉ modulรฉe, chaque sous-chaรฎne est transmise simultanรฉment par son antenne .
Les codes espace-temps orthogonaux
La complexitรฉ des dรฉcodeurs des codes BLAST a conduit ร la crรฉation de nouveaux schรฉmas de codage. La propriรฉtรฉ dโorthogonalitรฉ dโun code rend le dรฉcodage de celui-ci linรฉaire et donc peu complexe. Cependant, ces codes ont un rendement qui sโรฉcroule lorsque le nombre dโantennes utilisรฉes en รฉmission augmente. Le premier code orthogonal ร deux antennes รฉmettrices et ร rendement unitaire a รฉtรฉ proposรฉ par Alamouti dans [Ala98] en 1998. Puis, Tarokh a proposรฉ une gรฉnรฉralisation de ce code pour trois et quatre antennes รฉmettrices. Deux structures ont รฉtรฉ proposรฉes en 1999 par Tarokh, la premiรจre ร rendement 1/2 et la seconde ร rendement 3/4 [TJC99a, TJC99b].
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Table des matiรจres
Introduction
1 Les systรจmes MIMO
1.1 Les transmissions MIMO
1.1.1 Modรจle thรฉorique
1.1.2 Canaux de transmission
1.1.2.1 Le bruit additif blanc gaussien complexe b(k)
1.1.2.2 Les รฉvanouissements sรฉlectifs en frรฉquence
1.1.2.3 Les รฉvanouissements sรฉlectifs en temps
1.1.2.4 Modรฉlisation des attรฉnuations
1.1.3 Notion de diversitรฉ
1.1.3.1 La diversitรฉ spatiale
1.1.3.2 La diversitรฉ temporelle
1.1.3.3 La diversitรฉ frรฉquentielle
1.2 Les techniques MIMO
1.2.1 Les techniques ร multiplexage spatial
1.2.1.1 Architecture H-BLAST
1.2.1.2 Architecture V-BLAST
1.2.1.3 Architecture D-BLAST
1.2.2 Critรจre de construction des codes espace-temps
1.2.3 Les codes espace-temps orthogonaux
1.2.3.1 Code dโAlamouti
1.2.3.2 Code de Tarokh
1.2.4 Le code dโOr
1.3 Algorithmes de dรฉcodage associรฉs aux techniques MIMO
1.3.1 Lโรฉgaliseur de forรงage ร zรฉro (ZF)
1.3.2 Lโรฉgaliseur minimisant lโerreur quadratique moyenne (MMSE)
1.3.3 Lโรฉgaliseur ร annulations successives dโinterfรฉrences ordonnรฉes
1.3.4 Lโรฉgaliseur ร Maximum de Vraisemblance
1.3.5 Le dรฉcodage par sphรจre
1.3.6 Performances
1.4 Contexte de la thรจse : lโinterception
1.4.1 Estimation du nombre dโantennes รฉmettrices
1.4.2 Reconnaissance du code MIMO
1.4.3 Reconnaissance de la modulation
1.4.4 Lโestimation des symboles transmis
1.5 Conclusion
2 La sรฉparation aveugle de sources
2.1 Principe
2.2 Hypothรจses
2.3 Indรฉterminations
2.4 Prรฉ et post traitements
2.4.1 Le blanchiment
2.4.1.1 Le blanchiment par blocs
2.4.1.2 Le blanchiment adaptatif
2.4.2 Dรฉcorrรฉlation et orthogonalisation
2.4.2.1 Dรฉcorrรฉlation
2.4.2.2 Orthogonalisation
2.5 Fonctions de contraste utilisรฉes pour la sรฉparation
2.5.1 La sรฉparation par analyse en composantes indรฉpendantes
2.5.1.1 Un critรจre basรฉ sur le Kurtosis
2.5.1.2 Lโalgorithme MUK
2.5.2 Les fonctions de contraste ร module constant
2.5.2.1 Lโalgorithme SG-CMA ร pas fixe
2.5.2.2 Lโalgorithme SG-CMA ร pas variable
2.5.2.3 Lโalgorithme RLS-CMA
2.5.2.4 Lโalgorithme batch ACMA
2.5.2.5 Lโalgorithme adaptatif ACMA
2.5.2.6 Autres algorithmes
2.5.3 La fonction de contraste MultiModulus
2.5.4 La fonction de contraste ร norme constante
2.5.4.1 Lโalgorithme CNA-l
2.5.4.2 Lโalgorithme CQA
2.5.4.3 Lโalgorithme ยซย Simplified CQAย ยป ou ยซย Simplified CMAย ยป
2.6 Simulations
2.7 Conclusion
3 Exploitation de la redondance introduite par les codes STBC pour la sรฉparation
3.1 Principe
3.2 Une premiรจre approche : recherche de P avec ฮฆ connue
3.2.1 Mรฉthode associรฉe au code dโAlamouti
3.2.2 Mรฉthode associรฉe au code de Tarokh G3
3.3 Une seconde approche : proposition de critรจres avec ฮฆ et P inconnus
3.3.1 Critรจre associรฉ au code dโAlamouti
3.3.2 Critรจre associรฉ au code de Tarokh G3
3.3.3 Critรจre de sรฉparation associรฉ au critรจre JAlamouti et JG3
3.3.4 Critรจre associรฉ au code dโOr
3.4 Conditions suffisantes et matrice Hessienne
3.4.1 Conditions suffisantes du premier et du second ordre
3.4.2 Matrice Hessienne
3.4.3 Points stationnaires
3.5 Recherche des minima du critรจre JCMA + JAlamouti
3.5.1 La fonction de coรปt
3.5.2 รtude des points stationnaires
3.6 Minima des critรจres JCMA + JG3 et JOr
3.6.1 Minima du critรจre JCMA + JG3
3.6.2 Minima du critรจre JOr
3.7 Implรฉmentation des critรจres
3.8 Simulations
3.8.1 Code dโAlamouti
3.8.2 Code de Tarokh G3
3.8.3 Code dโOr
3.9 Conclusion
4 Deux algorithmes analytiques : lโAMMA et lโASCMA
Conclusion