Contexte de l’étude:
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Système de transmission haut débit pour Micro Système de transmission haut débit pour Micro Drones en environnement sujet aux trajets Drones en environnement sujet aux trajets multiples et aux masquages multiples et aux masquages Contexte de l’étude: Transmission de la Vidéo à 1.2 Mbits.s -1 suivant deux Modes: Caractéristiques du canal de propagation Transmission d’un flux d’images JPEG à 1.2 Mbits depuis une charge utile vidéo embarquée sur un drone, dans la bande Industrielle Scientifique et Médicale ISM. La bande ISM est une bande de 79 MHZ entre 2.4 et 2.485 GHz. L’ Agence Nationale des Fréquences autorise une PIRE de 10mW en extérieur et 25 mW en Intérieur. La transmission à lieu en zone semi urbaine bâtiments bas et espacés, sur une distance maximum de 1km. Les trajets multiples et les masquages perturbent la transmission qui doit être durcie en conséquence avec des techniques type Égalisation, OFDM ou Spectre Étalé + rake Techniques de mitigation des trajets multiples Stage ONERA-DEMR & SUPAERO Stagiaire : Fabien Mulot Encadrement : ONERA Joël LEMORTON SUPPAERO Vincent CALMETTES Objectif du stage Proposer des techniques pour durcir une transmission de donnée pour micro-drone dans un environnement à trajets multiples. Développer des modèles Simulink des schémas de transmission retenus Image non compressée 640*480 pixels NVG 302 Ko par image Image basse qualité compressée d ’un facteur 33.5 , 14i/s mode1 9Ko par image Image haute qualité compressée d ’un facteur 8, 3.3 i/s mode2 32Ko par image Pour un débit de 1.2 Mbits.s -1 , le système fournit : 14 i/s en basse qualité, les détails fins ne sont pas visibles mais la qualité suffit à la navigation du micro-drone 3.3 i/s en basse qualité, les détails fins sont visibles. Ce mode permet de fournir des scènes plus détaillées, en phase d ’observation. Le signal est affecté par : Les pertes de trajet. Les masquages dus aux obstacles importants (bâtiments arbres) occasionnant des pertes de 5 à 20 dB, et variant sur des distances de l ’ordre de la centaine de mètres. L ’atténuation due aux masquages se modélise par une loi log-normale. Les trajets multiples, dus aux phénomènes, de diffraction, de diffusion sur des surfaces rugueuses, de réflexions des ondes radio. Les ondes se recombinent en créant ses inférences destructives ou constructives au niveau du récepteur. L ’atténuation due aux trajets multiples se modélise par une ligne à retards. A chaque retard correspond un coefficient complexe qui suit une loi de Rice pour un trajet direct ou une loi de Rayleigh pour un trajet sans visibilité Le bruit additif blanc gaussien. Pertes de trajet Masquages Trajets Multiples AWGN Y(t) 1 2 n 1 (t ) 2 (t ) n (t ) X(t) Canal de propagation mobile. Les trois échelles de variation du signal. Forme standard du canal multitrajet Modèle urbain à 6 rayons pour le GSM pour un mobile se déplaçant à 50 Km/h. Codage canal: Objectif: Fournir un TEB de 10 -7 après décodage Entrelaceur externe, pour rendre aléatoire le canal à mémoire. Code convolutif poinçonné 4/3 [177/133] Entrelaceur interne, étale les paquets d’erreurs résiduelles Code RS(204/188), corrige 16 symboles de 8 bits erronés QPSK -Égalisation: Filtre adaptatif , algorithme LMS: Efficace pour une réponse impulsionnelle du canal s ’étalant sur un symbole Égalisation MLSE (maximum likelyhood séquence estimator) utilisant un algorithme de Viterbi: La méthode la plus efficace mais de complexité importante. La complexité du treillis requise pour 1.2 Mbits.s -1 est de 4 5 = 1024 Bande occupée après codage 2.3 GHz Schémas de transmission-réception spécifiques: OFDM: L ’OFDM permet un débit supérieur à 1.2 Mbits.s -1 ; par exemple 3.5 Mbits.s -1 Codage Canal mapping QPSK Type de séquence d’apprentissage séquence PN Alternance donnée/séquence d’apprentissage 20 symboles de données suivis de 4 symboles d’apprentissages pour estimation du canal Débit de symboles QPSK après codage 4.5 Msymb.s -1 Durée du symbole OFDM 50 µs Nombre de porteuses de données 232 Nombres de porteuses pilotes 4 Nombre total de porteuses 256 Longueur du préfixe cyclique 5 µs Bande occupée 5.012 MHz Caractéristiques : Canal sélectif en fréquence, de réponse impulsionnelle de durée 5µs Btot=N+1/ Tsymb 1 2 N N-1 fréquenc e Porteuses Orthogonales Pilo te Pilo te B=1/Tsymb Composant e continue Bourrage à zéro Nombre de porteuses de données OFDM requises en fonction du débit avant codage. Bande OFDM 2 1 IQ demapper 3 4 Path Search Descramble Despread Integrate and Dump Channel estimation y(t- 1 ) y(t- 2 ) y(t- 3 ) y(t- 4 ) y(t) g*(t- 1 ) g*(t- 2 ) g*(t- 3 ) g*(t- 4 ) MRC CDMA rake: Vidéo 1.12 Mbits/s Codage Canal mapping QPSK 1 canal de données, 1 canal pilote Débit de symboles QPSK: 0.8102 Msymb/s Spreading: code OVSF de longueur 64 Scrambling: code PN Débit chip sur les voix I et Q: Fc = 1.6204 x 64 = 51.8536 Mchips/s Débit binaire sur le canal pilote, sur les voix I et Q: Fc/256 = 202.6 Ksymb/s Spreading : code OVSF de longueur 256 Scrambling : PN code Facteur de roll-off du SRRC 0.4 Bande de transmission occupée = RS. (1+) = 72.6 MHz 1 récepteur rake Récepteur rake. IQ Scrambling code Up sampling SRRC Filtering QPSK Mapping IQ Spreading code Coding Émetteur spectre étalé. S 1 (k).. S n (k) S 1 (k ) S n (k ) S/P 0 0 I F F T CP Symbol mappin g P/ S bourra ge sur 2 N points Canal Insertio n de l’interv alle de garde Émetteur OFDM Profil puissances moyennes retards relatifs du canal
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X(t). 1. 2. n. 1 (t). 2 (t). n (t). . . . . Y(t). Up sampling. QPSK Mapping. SRRC Filtering. Coding. IQ Spreading code. Porteuses Orthogonales. Pilote. Pilote. 1. N. N-1. IQ Scrambling code. 2. fréquence. Bourrage à zéro. Composante continue. - PowerPoint PPT Presentation
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Système de transmission haut débit pour Micro Drones en Système de transmission haut débit pour Micro Drones en environnement sujet aux trajets multiples et aux masquagesenvironnement sujet aux trajets multiples et aux masquages
Contexte de l’étude:
Transmission de la Vidéo à 1.2 Mbits.s-1 suivant deux Modes:
Caractéristiques du canal de propagation
Transmission d’un flux d’images JPEG à 1.2 Mbits depuis une charge utile vidéo embarquée sur un drone, dans la bande Industrielle Scientifique et Médicale ISM. La bande ISM est une bande de 79 MHZ entre 2.4 et 2.485 GHz. L’ Agence Nationale des Fréquences autorise une PIRE de 10mW en extérieur et 25 mW en Intérieur. La transmission à lieu en zone semi urbaine bâtiments bas et espacés, sur une distance maximum de 1km. Les trajets multiples et les masquages perturbent la transmission qui doit être durcie en conséquence avec des techniques type Égalisation, OFDM ou Spectre Étalé + rake
Techniques de mitigation des trajets multiples
Stage ONERA-DEMR & SUPAEROStagiaire : Fabien Mulot Encadrement : ONERA Joël LEMORTON SUPPAERO Vincent CALMETTES
Objectif du stage Proposer des techniques pour durcir une transmission de donnée pour micro-drone dans un environnement à trajets multiples.Développer des modèles Simulink des schémas de transmission retenus
Image non compressée 640*480 pixels NVG
302 Ko par image
Image basse qualité compressée d ’un facteur 33.5 , 14i/s mode1
9Ko par image
Image haute qualité compressée d ’un facteur 8, 3.3 i/s mode2
32Ko par image
Pour un débit de 1.2 Mbits.s-1, le système fournit:
14 i/s en basse qualité, les détails fins ne sont pas visibles mais la qualité suffit à la navigation du micro-drone
3.3 i/s en basse qualité, les détails fins sont visibles. Ce mode permet de fournir des scènes plus détaillées, en phase d ’observation.
Le signal est affecté par: Les pertes de trajet.
Les masquages dus aux obstacles importants (bâtiments arbres) occasionnant des pertes de 5 à 20 dB, et variant sur des distances de l ’ordre de la centaine de mètres. L ’atténuation due aux masquages se modélise par une loi log-normale.
Les trajets multiples, dus aux phénomènes, de diffraction, de diffusion sur des surfaces rugueuses, de réflexions des ondes radio. Les ondes se recombinent en créant ses inférences destructives ou constructives au niveau du récepteur. L ’atténuation due aux trajets multiples se modélise par une ligne à retards. A chaque retard correspond un coefficient complexe qui suit une loi de Rice pour un trajet direct ou une loi de Rayleigh pour un trajet sans visibilité
Le bruit additif blanc gaussien.
Pertes de trajet Masquages Trajets Multiples AWGN
Y(t)
1 2 n
1(t) 2(t) n(t)
X(t)
Canal de propagation mobile.
Les trois échelles de variation du signal.
Forme standard du canal multitrajet
Modèle urbain à 6 rayons pour le GSM pour un mobile se déplaçant à 50 Km/h.
Codage canal: Objectif: Fournir un TEB de 10-7 après décodageEntrelaceur externe, pour rendre aléatoire le canal à mémoire.Code convolutif poinçonné 4/3 [177/133]Entrelaceur interne, étale les paquets d’erreurs résiduellesCode RS(204/188), corrige 16 symboles de 8 bits erronés
QPSK -Égalisation: Filtre adaptatif , algorithme LMS: Efficace pour une réponse impulsionnelle du canal s ’étalant sur un symbole Égalisation MLSE (maximum likelyhood séquence estimator) utilisant un algorithme de Viterbi: La méthode la plus efficace mais de complexité importante. La complexité du treillis requise pour 1.2 Mbits.s-1 est de 45 = 1024
Bande occupée après codage 2.3 GHz
Schémas de transmission-réception spécifiques:
OFDM:
L ’OFDM permet un débit supérieur à 1.2 Mbits.s-1; par exemple 3.5 Mbits.s-1
Codage Canal mapping QPSKType de séquence d’apprentissage séquence PN Alternance donnée/séquence d’apprentissage 20 symboles de données suivis de 4 symboles d’apprentissages pour estimation du canalDébit de symboles QPSK après codage 4.5 Msymb.s-1 Durée du symbole OFDM 50 µsNombre de porteuses de données 232Nombres de porteuses pilotes 4Nombre total de porteuses 256Longueur du préfixe cyclique 5 µsBande occupée 5.012 MHz
Caractéristiques: Canal sélectif en fréquence, de réponse impulsionnelle de durée 5µs
Btot=N+1/Tsymb
1 2 NN-1
fréquence
Porteuses OrthogonalesPilote Pilote
B=1/TsymbComposante
continue
Bourrage à zéro
Nombre de porteuses de données OFDM requises en fonction du débit avant codage.Bande OFDM
2
1
IQ demapper
3
4
Path SearchDescramble Despread Integrate and Dump Channel estimation
y(t-1)
y(t-2)
y(t-3)
y(t-4)
y(t)
g*(t-1)
g*(t-2)
g*(t-3)
g*(t-4)
MRC
CDMA rake:
Vidéo 1.12 Mbits/sCodage Canal mapping QPSK1 canal de données, 1 canal pilote Débit de symboles QPSK: 0.8102 Msymb/sSpreading: code OVSF de longueur 64Scrambling: code PN Débit chip sur les voix I et Q:Fc = 1.6204 x 64 = 51.8536 Mchips/sDébit binaire sur le canal pilote, sur les voix I et Q:Fc/256 = 202.6 Ksymb/sSpreading : code OVSF de longueur 256 Scrambling : PN codeFacteur de roll-off du SRRC 0.4Bande de transmission occupée = RS.(1+) = 72.6 MHz1 récepteur rake
Récepteur rake.
IQ Scrambling code
IQ Scrambling code
Up sampling
Up sampling
SRRCFiltering
SRRCFiltering
QPSKMapping
QPSKMapping
IQ Spreading code
IQ Spreading code
CodingCoding
Émetteur spectre étalé.
S1(k)..Sn(k)
S1(k)
Sn(k)
S/PS/P
00
IFFT
IFFT
CPCP
Symbolmapping
Symbolmapping
P/SP/S
bourrage sur
2N points
Canal
Insertion de l’intervalle de garde
Émetteur OFDM
Profil puissances moyennes retards relatifs du canal
