Transmission MIMO sans codage LDPC

Transmission MIMO sans codage LDPC

Systèmes MIMO :

Le nombre des systèmes de communications sans fil étant de plus en plus important et les bandes de fréquence étant restreintes, de nouvelles solutions sont étudiées afin de proposer un maximum de débit aux utilisateurs sans accroître la largeur de bande utilisée.
Une solution pour dégager de nouvelles bandes est d’augmenter continuellement la fréquence des systèmes (2.4GHz pour le WiFi, 5.2GHz pour l’HIPERLAN et jusqu’à 66GHz pour le WiMax), mais celle-ci n’est pas sans poser problème au niveau de la conception matérielle (filtres, antennes, etc…).
Une solution permettant d’accroître le débit et/ou la robustesse des systèmes, et cela, en gardant la même bande de fréquence que le système original est d’intégrer la dimension spatiale. En effet, en augmentant le nombre d’antennes à l’émission et à la réception, l’aspect spatial dû aubpositionnement apporte une richesse d’information supplémentaire. Encore, Les systèmes multi-antennes à l’émission et à la réception (Multi input multi output MIMO en anglais) permettent théoriquement d’accroître la capacité des liens de communications sans fil par rapport aux systèmes composés d’une seule antenne à l’émission et à la réception (Single input Single output SISO en anglais).

Principe de la technique MIMO:

Dans les systèmes de communications traditionnels, il n’existe qu’une antenne à l’émission et une antenne à la réception (SISO). Or, les futurs services de communications mobiles sans fils demandent plus de transmissions de données (augmentation de la capacité de transmission). Ainsi pour augmenter la capacité des systèmes SISO et satisfaire ces demandes, les bandes passantes de ces systèmes et les puissances à transmettre ont été largement augmentées.

Modèle de système:

L’idée de base des systèmes MIMO est très simple puisqu’il s’agit d’associer la diversité spatiale à l’émission à la diversité spatiale à la réception. Il s’agit en quelque sorte d’une extension des « antennes intelligentes ». Utilisé dans les systèmes sans fil traditionnels, ce concept regroupe les techniques de traitement du signal qui exploitent la multiplicité d’antennes d’un seul côté de la liaison (souvent d’ailleurs au niveau de la station de base pour des raisons évidentes d’encombrement spatial). La multiplicité autorise une communication plus sûre et permet d’éviter les désagréments inhérents aux conditions de propagation, tels les trajets multiples et les évanouissements. Si les antennes sont multiples à l’émission, on parle de liaison MISO (Multiple-Input Single Output), et dans le cas inverse de liaison SIMO (Single Input Multiple-Output). La formation de faisceaux est une application particulière de ce type de système qui consiste à augmenter le rapport signal sur bruit (RSB) en regroupant l’énergie dans des directions privilégiées, évitant ainsi les évanouissements trop profonds et les interférences. Par ailleurs, lorsqu’on utilise plusieurs antennes à l’émission ou à la réception, la probabilité de perdre toute l’information diminue exponentiellement avec le nombre d’antennes décorrélées. C’est le phénomène de diversité spatiale et l’ordre de diversité est défini par le nombre de branches décorrélées.
Les avantages des systèmes MIMO vont cependant bien au-delà de ceux des antennes intelligentes. Le fait de placer des antennes des deux côtés de la liaison crée une matrice de canal et donne la possibilité de transmettre de l’information par plusieurs modes spatiaux de cette matrice sur le même créneau spatiotemporel et sans puissance supplémentaire. Si cela peut paraître simple intuitivement, il aura tout de même fallu attendre les travaux rigoureux de démonstration de Foschini [07] et Telatar [08] pour que des systèmes pratiques de ce type soient mis en œuvre.

Codes spatio-temporel:

Lors de l’implémentation des systèmes à antennes multiples, afin d’améliorer l’efficacité spectrale, plusieurs approches ont été définit. L’approche la plus classique, consiste à utiliser des antennes multiples à la réception et d’appliquer un combineur par ratio maximal (Maximum Ratio Combiner, MRC) aux signaux reçus. Mais, cette approche présente l’inconvénient d’augmenter la complexité du récepteur. Dans le cas où l’émetteur est muni de M antennes, nous devons définir quel est le
traitement mapping nécessaire à appliquer aux signaux avant de les émettre. Ce traitement supplémentaire de part et d’autre du canal radio, mappeur/démappeur, est spécifique aux systèmes MISO et plus généralement MIMO en comparaison au système SISO comme le montre la figure suivante, est appelé codage spatio-temporel ou codage espace- temps(CST).

Différents types de codes :

Le codage spatio-temporel est une technique de diversité de transmission, elle s’applique aux systèmes MISO et SIMO. Cette technique s’avère être bien adaptée aux systèmes dans lesquels le récepteur est muni d’une seule antenne à cause d’une contrainte de coût et/ou d’espace, par exemple nous citons le cas des réseaux cellulaires où les terminaux mobiles sont munis d’une seule antenne et où il est possible de munir la station de base de deux antennes ou plus. Les codes espace- temps permettent d’introduire de la corrélation spatiale et temporelle entre les signaux émis d’une manière intelligente, afin qu’à la réception le signal reçu soit bien décodé. Une multitude de techniques de codage ont vu le jour dans le but d’une meilleure utilisation de la diversité de transmission. Ces techniques de codages spatio-temporels peuvent être classées en deux catégories : les codes spatio-temporels en treillis (STT), les codes spatio- temporels en Bloc (STB).

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Table des matières
Dédicaces
Remerciements
Tables des matières
Tables des figures
Acronymes et abréviations
Introduction générale
CHAPITRE I (MIMO-OFDM)
I.1. Introduction
I.2. Système de communication
I.2.1. Propagation des ondes
I.2.1.1. Propagation en espace libre
I.2.1.2. Propagation hors espace libre
I.2.1.3. Phénomènes de base en propagation
I.2.2. Canaux de transmission [04]
I.2.2.1. Canal binaire symétrique
I.2.2.2. Canal à bruit additif blanc gaussien
I.2.2.3. Canal à évanouissements
I.2.3. Dispersions dans les canaux [04]
I.2.3.1. Dispersions temporelles
I.2.3.2. Dispersions fréquentielles
I.2.4. Diversité et Sélectivité
I.2.4.1. Sélectivité d’un canal de communication
I.2.4.2. Notion de diversité
I.2.4.3. Type de diversité
I.3. Systèmes MIMO
I.3.1. Principe de la technique MIMO
I.3.2. Modèle de système
I.4. Codes spatio-temporel
I.4.1. Architecture générale d’un système de codage spatio-temporel
II.1.Tables des matières
I.4.2. Différents types de codes
I.4.2.1. Codage spatio-temporel en treillis
I.4.2.2. Codes spatio-temporels par blocs
I.5. Système MIMO à base de multiplexage spatial
I.6. Algorithmes de détection associés aux systèmes MIMO [15]
I.6.1. Critère de forçage à zéro
I.6.2. Récepteur qui minimise l’erreur quadratique moyenne (EQMM)
I.6.3. Détecteur à annulation successive d’interférences (ASI)
I.6.4. Récepteur à Maximum de Vraisemblance (MV)
I.7. Transmission multi-porteuse OFDM
I.7.1. Définition 1
I.7.2. Définition 2
1.1.1. Avantages et inconvénients de l’OFDM
I.8. Conclusions
CHAPITRE II (Les codes LDPC)
II.1. Introduction
II.2. Concepts de base [21]
II.2.1. Codes en blocs
II.2.1.1. Définitions
II.2.1.2. Matrice génératrice
II.2.1.3. Matrice de contrôle de parité
II.2.1.4. Propriétés de codes en bloc
II.2.1.5. Codes en bloc en forme systématique
II.2.1.6. Décodage des codes en bloc linéaire
II.3. Codes LDPC
II.3.1. Graphe de Tanner
II.3.1.1. Cycle
II.3.1.2. Circonférence
II.3.2. Code LDPC régulier et irrégulier
II.1.Tables des matières
II.3.3. Construction des codes LDPC
II.3.3.1. Construction de Gallager
II.3.3.2. Construction de MacKay et Neal
II.3.3.3. Code LDPC Quasi-cyclique (QC)
II.3.4. Codage des codes LDPC
II.3.4.1. Codage conventionnel basé sur l’élimination de Gauss-Jordan
II.3.4.2. Codage par approximation triangulaire inférieure
II.3.5. Décodage itératif des codes LDPC
II.3.5.1. Algorithme de décodage par propagation de confiance (BP)
a) Algorithme de décodage BP probabiliste
b) Algorithme de décodage BP logarithmique
II.4. Conclusion
CHAPITRE III (Résultats de simulation)
III.1. Introduction
III.2. Présentation du système
III.3. Paramètres de simulation et hypothèse générales
III.4. Etudes des performances
III.4.1. Transmission MIMO sans codage LDPC
III.4.1.1. Influence du système multi-antennes
III.4.1.2. Influence du nombre d’antenne
III.4.2.Transmission MIMO avec codage LDPC
III.4.2.1.Influence du codage LDPC sur les antennes MIMO
III.4.2.2.Association du codage Alamouti et du code LDPC
III.4.2.3.Influence de taux de codage
III.4.2.4.Influence de nombre d’itérations
III.5.Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie
Abstract