Modélisation d'un modulateur et démodulateur OFDM
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Pierre GRUYER, Simon PAILLARDEncadrant : Vincent CALMETTES
Projet « Techniques de base » - 15 décembre 2005
Modélisation d'un modulateur et démodulateur OFDM
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Plan
Contexte
Problématique
Principes et fonctionnement de l'OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Implantation numérique
Réalisation d'une chaîne OFDM sous Simulink
Améliorations à envisager
Conclusion
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Contexte
Augmentation exponentielle des besoins en débit
Besoin de mobilité des terminaux
Besoins croissants en terme de couverture
MAIS ...
Ressource spectrale encombrée> augmentation de l'efficacité spectrale
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Problématique : le canal
Sélectivité en fréquence> Interférences entre symboles (ISI)
Plusieurs trajets pour un même signal> Échos de retards et amplitudes variables
> aggravation des ISI
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Problématique :Caractérisation du canal multitrajets T
m : étalement des retards ou réponse
impulsionnelle
Spectre Dopler Bd
Fonction de transfert :> amplitude et retard des n échos considérés
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Problématique :Défis des multitrajets
Possibilité d'interférences destructrices
Sélectivité en fréquence qui augmente avec le débit> dégradation des performances
Égalisation des signaux reçus> complexité croissante avec la bande
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Principes : les modulations multiporteuses
Modulation multiporteuses> répartition des symboles sur des porteuses à bas débit symbole
Ainsi, Ts >> T
m
> diminution des ISI
Baisse des effets de la sélectivité en fréquence> égalisation simplifiée
Cas de l'OFDM : fréquences orthogonales> meilleure efficacité, simplification des calculs
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Principes :le fonctionnement de l'OFDM
On groupe les symboles par paquets de N
Chacun des N symboles c0, ..., c
k, ..., c
n-1
module une porteuse de fréquence fk
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Principes :l'orthogonalité des fréquences
Un symbole module une porteuse dans une fenêtre rectangulaire de durée Ts> f
k et f
k' sont orthogonales si séparées d'un
nombre entier de 1/Ts
Sinus cardinal qui s'annule tous les k/Ts (k≠0)
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Principe de la démodulation
Signal reçu sur une durée symbole :
On replace le signal en fréquence autour de 0 :
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Implantation numérique :mise en évidence de l’IFFT
discrétisation
IFFT
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Implantation numérique :le modulateur
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Implantation numérique :le démodulateur
discrétisation
FFT
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Réalisation :les étapes de la simulation
mise en œuvre d’une chaîne de transmission de référence
modélisation du canal amélioration de la modulation QPSK introduction de code BCH et Reed Solomon influence du nombre de porteuse dans l’OFDM
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Réalisation :la chaîne de référence QPSK
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Réalisation : la chaîne OFDM
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Réalisation :la modélisation du canal
• But: tenir compte des multitrajets
• Modèle choisi: évanouissement d’une des porteuse 10% du temps
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Réalisation :l'influence des multitrajets
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Réalisation :l'amélioration de la modulation
• TEB avec code de Gray
• TEB avec ordre binaire
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Réalisation : le code concaténéBCH - Reed Salomon
Attention: Simulink concidère un mot de code comme une trame incassable
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Réalisation :l'influence des codes correcteurs
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Réalisation :le choix du nombre de porteuses
• multiple de 2
• selon le type de canal
• la compléxité souhaitée pour le modulateur
Critères de choix:
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Réalisation :la chaîne de transmission choisie
•constellation QPSK en code de Gray•codes correcteurs concaténés Reed Salomon (3,7) avec BCH (21,31)•IFFT à 64 points
Caractéristiques:
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Améliorations à envisager (1)
Orthogonalité des sous-porteuses à préserver> intervalle de garde
Séquences d'apprentissage pour estimer le canal (découverte des H
k(t))
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Améliorations (2)Codage et entrelacement
Diversité fréquencielle VS égalisation simple Canaux étroits très sensibles aux perturbations
> entrelacement en fréquence Canaux variables dans le temps (canal mobile)
> entrelacement temporel (attention au délai) Simulation : mettre en oeuvre l'entrelacement et
un modèle de canal plus réaliste> montrer les réelles capacités de l'OFDM en environnement perturbé
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Conclusion l'OFDM : une avancée technique majeure des paramètres primordiaux :
nombre de porteuses rendement du code choix de la constellation
Avantage : Simplification de l'égalisation en numérique
Nécessité de compenser la perte de diversité en fréquence> diversité d'espace (MIMO)