Système MIMO à base de codes spatio-temporels

Système MIMO à base de codes spatio-temporels

Généralité sur la transmission sans fil:

Description des phénomènes physiques à l’intérieur du canal :

Au récepteur, la puissance des ondes émises par l’antenne émettrice fluctue en fonction du déplacement et de la durée d’observation ainsi que de la caractéristique de l’environnement. On peut alors distinguer deux formes.

• Les phénomènes à grande échelle :

Cette classe comprend deux effets : l’affaiblissement en distance et les effets de masquage [3]. La première cause de perte de puissance est due à la propagation en espace libre de l’onde électromagnétique, qui s’explique par la dispersion isotrope de l’énergie transmis suivant les trois dimensions spatiales. Les pertes en espace libre augmentent avec la fréquence et avec la distance. L’effet de masquage est dû à la présence d’obstacle (bâtiment, forêt,…) entre l’émetteur et le récepteur. Aux fréquences auxquelles opèrent les systèmes de télécommunication, l’onde électromagnétique traverse ces obstacles, mais subit une atténuation de puissance en fonction de la nature du matériau traversé.

• Les phénomènes à petit échelle :

Les variations de la puissance à petite échelle, que l’on appelle évanouissements, sont mesurées sur un intervalle de temps suffisamment court pour négliger une variation des phénomènes à grande échelle [4]. En réalité, une multitude de trajets est créé par le canal au gré des phénomènes de réflexion, réfraction, diffraction et diffusion de l’onde .Il y a trois principaux mécanismes qui caractérisent les interactions de l’onde électromagnétique avec son environnement :

La réflexion : L’onde électromagnétique rencontre un obstacle dont les dimensions sont grandes comparées à la longueur d’onde. Une partie de l’énergie de l’onde est réfléchie par l’obstacle avec un angle égal à celui d’arrivée. L’autre partie de l’énergie est absorbée par l’obstacle suivant le phénomène de réfraction.
La diffraction : L’onde électromagnétique rencontre un obstacle présentant des dimensions de l’ordre de la longueur d’onde ou présentant des arêtes vives. D’après le principe de HUYGHENS chaque point de l’arrête par exemple, se comporte comme une source secondaire qui rayonne à nouveau l’onde dans toutes les directions.
La diffusion : Lorsque l’onde électromagnétique rencontre sur son trajet un grand nombre d’objets dont la taille est de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde ou plus petite, son énergie est dispersée dans toutes les directions.

Antennes intelligentes dans les systèmes de communication mobile

Introduction :

Les opérateurs cherchent constamment comment optimiser l’exploitation du spectre radioélectrique et les radiocommunications ainsi qu’accroître le débit et le rayon de leurs réseaux. Une solution consiste à utiliser des réseaux d’antennes adaptatives ou antennes intelligentes. Les antennes intelligentes, basées sur des réseaux d’antennes (linéaire, planaire, circulaire,…), peuvent combiner de manière dynamique les différents signaux et optimiser les bilans de liaison. Celui-ci peut être orienté dans des directions privilégiées pour suivre un mobile tout le long de la communication. L’opération est effectuée grâce aux antennes réseaux et à des techniques de traitement du signal dédiées (calcul d’angle d’arrivée, de pondérations,…) qui permettent à l’antenne de se focaliser sur un utilisateur donné tout en minimisant l’impact des trajets multiples, du bruit et des interférences qui sont responsables de la dégradation de la qualité des signaux. L’antenne oriente plus précisément sa puissance dans les directions utiles tout en modulant l’intensité de la puissance émise. L’objectif de ce deuxième chapitre est de présenter brièvement, les antennes réseaux et les concepts liés aux systèmes des antennes intelligentes. Un survol sur les différentes techniques utilisées dans le domaine de formation de voies sera présenté.

Réseaux d’antennes :

Définition :

Un réseau d’antennes est un ensemble d’antennes séparées et alimentées de façon synchrone. C’est-à-dire que le déphasage du courant entre chaque paire d’antennes est fixe. Un réseau peut comporter des éléments non alimentés directement par une source (éléments parasites) mais qui sont alimentés par le champ produit par le reste des éléments (c’est le cas des antennes Yagi). Le champ électromagnétique produit par un réseau d’antennes est la somme vectorielle des champs produits par chacun des éléments. En choisissant convenablement l’espacement entre les éléments et la phase du courant qui circule dans chacun, on peut modifier la directivité du réseau grâce à l’interférence constructive dans certaines directions et à l’interférence destructive dans d’autres directions.

Les différents réseaux d’antennes sont : réseaux linéaires, réseaux planaires et réseaux circulaires. Ce qui nous intéresse dans notre étude c’est les réseaux d’antennes linéaires.

Antennes intelligentes :

Les systèmes à antennes adaptatives ou intelligentes (smart antennas) [3] entrent dans un domaine technologique multidisciplinaire dont la croissance a été très importante dans le courant de ces dernières décennies. Ils bénéficient des interactions croissantes entre l’électromagnétisme et le traitement de signal. L’intérêt de ces systèmes est la réaction automatique de leur capacité, en temps réel, à des modifications du canal de propagation. Ils permettent de réduire les niveaux des lobes secondaires existants dans la direction de l’interférence, tout en maintenant le lobe principal en direction utile [4]. Habituellement, ces systèmes reposent sur un réseau antennes et sur un processeur récepteur adaptatif en temps réel qui attribue des poids aux éléments afin d’optimiser le signal de sortie selon des algorithmes de contrôle prédéfinis. Un réseau d’antennes adaptatives peut donc être défini comme un réseau capable de modifier son diagramme de rayonnement, sa réponse fréquentielle et d’autres paramètres grâce à une boucle à retour de décision interne pendant le fonctionnement de l’antenne.

Récepteur d’antenne intelligente :

La Figure II.10 représente schématiquement les éléments de la partie réceptrice d’antenne intelligente. Le réseau d’antennes contient M éléments. Les M signaux sont combinés dans un signal unique, qui est l’entré aux restes des récepteurs (décodeur de canal,…, etc.).La Figure montre aussi que la partie réceptrice d’antennes intelligentes se compose de quatre unités. En plus des antennes elles-mêmes ; elle contient une unité radio, unité de formation de faisceau et une unité de traitement de signal. L’unité radio se compose des chaînes de conversion pour les liaisons descendantes et des convertisseurs complexes analogique/numérique (A/N). Il doit y avoir M chaînes de conversion, une pour chaque élément. L’unité de traitement de signal est basée sur le signal reçu, elle calcule le vecteur de pondérations complexes : w1,… ,wn avec lesquels le signal reçu de chacun des éléments sera multiplier. Ce vecteur de pondérations génère le diagramme de rayonnement d’antennes dans la direction de la liaison montante. Le vecteur de pondérations peut être optimisé par deux critères : le maximum du signal reçu de l’utilisateur désiré (antennes à faisceaux commuté) ou le maximum de SINR par la suppression du signal des sources d’interférences (antennes adaptatives).

Table des matières

Dédicace
Remerciement
Résumé
Abstract
Table de matiere
Liste de figures
Acronymes et abréviation
Introduction générale
Chapitre I : Généralité sur la transmission sans fil
I.1- Introduction
3 I.2- Canaux de transmission
I.2.1-Description des phénomènes physiques à l’intérieur du canal
Les phénomènes à grande échelle
Les phénomènes à petit échelle
I.2.2 -Les bruits
I.3- Canaux à évanouissements
I.4- Sélectivité d’un canal
I.4.1- Canal sélectif en fréquence
I.4.2 – Canal sélectif en temps
I.4.3- Canal sélectif en temps et en fréquence
I.4.4- Canal non sélectif
I.5- Modélisation du canal de propagation
I.5.1- Le modèle de canal gaussien
I.5.2-Canal avec évanouissement et bruit blanc Gaussien aditif (canal de Rayleigh)
I.6- Notions de diversité
I.6.1 Diversité temporelle
I.6.2 Diversité de fréquence
I.6.3 Diversité spatiale
I.6.4 Diversité de polarisation
I.7- Conclusion
Chapitre II : Antennes intelligentes dans les systèmes de communication mobile
II.1 –Introduction
II.2- Réseaux d’antennes
II.2.1. Définition
II.2.2. Réseau linéaire à gradient de phase
II.3- Antennes intelligentes
II.3.1- Récepteur d’antenne intelligente
II.3.2- Émetteur d’antenne intelligente
II.3.3- Concept d’antennes intelligentes
II.4- Avantages des antennes intelligentes
II.5- Type des antennes intelligentes
II.5.1- Antennes adaptatives
II.5.2- Systèmes à faisceaux commutés (SBA)
II.6- Formation de voies et annulation d’interférents
II.7- Formation de voies optimales
II.7.1- Techniques basées sur les directions
II.7.2- Technique basée sur un signal de référence
II.8- Conclusion
Chapitre III : Technologie MIMO
III.1- Introduction
III.2-Présentation des systèmes multi-antenne
III.3- Concept et capacité des canaux MIMO
1. Canal SIMO
2. Canal MISO
3. Canal MIMO
III.4- Système MIMO à base de codes spatio-temporels
III.4.1- Codage spatio-temporel en treillis
III.4.2- Codage spatio-temporel par blocs
Codes STB linéaires [14]
III.5- Système MIMO à base de multiplexage spatial
III.5.1- D-BLAST
III.5.2- V-BLAST
III.5.3- H-BLAST
III.6-MIMO Beamforming
III.7- Récepteurs les plus courants
III.7.1-Egaliseur par forçage à zéro (ZF)
III.7.3-Récepteur à retour de décision V-BLAST
III.8- Conclusion
Chapitre IV : Implémentation des algorithmes adaptatifs
IV.1- Introduction
IV.2- Principe de l’algorithme MIMO adaptatif
IV.3- Détermination du vecteur de pondération d’émission et de réception
IV.4- Suppositions générales
IV.5- L’étude du rapport SINR basant sur l’algorithme itératif
IV.6- Influence du nombre d’antennes sur le rapport signal sur bruit
IV.6.1- Taux d’Erreur Binaire pour le système MIMO adaptatif 2×2
IV.6.2- Taux d’Erreur Binaire pour le système MIMO adaptatif 3×3
IV.6.3- Taux d’Erreur Binaire pour le système MIMO adaptatif 4×4
IV.6.4- Taux d’Erreur Binaire pour le système MIMO adaptatif 6×6
IV.6.5- Taux d’Erreur Binaire pour le système MIMO adaptatif 8×8
IV.7- Etude des performances du système MIMO adaptatif avec les modulations M-QAM et MPSK  IV.8- Influence du nombre des symboles affectés par les retards sur le système MIMO beamforming
IV.9- Conclusion
Conclusion général
Références bibliographique

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