Cours WiMax MIMO

7/24/2019 Cours WiMax MIMO

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Intro Norme

WiMax OFDM MIMO

Transmiss ions

relles

Traitement

du signal Concl .

1

Chane de transmission relleassocie un codage WiMax
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Intro Norme

WiMax OFDM MIMO

Transmiss ions

relles

Traitement

du signal Concl .

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Intro

volution des dbits en fonction de la vitessevolution des dbits en fonction de la vitesse

FixeIndoor> 20 Mbit/s

Vmax= 120km/hSuburbain outdoor

384 kbits/s

Vmax= 500km/hRural outdoor

144 kbits/s

Indoor/outdoor

jusqu 2Mbit/s Vmax= 10km/h


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Intro Norme

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relles

Traitement

du signal Concl .

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Avantages de lassociation WiMaxAvantages de lassociation WiMax -- MIMOMIMO

Intro

Augmentation importante du dbit,

Augmentation de la robustesse,

Augmentation de la porte du signal, Taux derreur minimal,

Cot dinstallation raisonnable.
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Intro Norme

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relles

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du signal Concl .

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Super

Mobile

Exemple dapplication viseExemple dapplication vise

Intro

Transmissions mobileshaut dbit de donnes

Audio / Vido.


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Intro Norme

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relles

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Schma gnral de la chane de transmissionSchma gnral de la chane de transmission

Intro

Data

OFDM

OFDM

DcodageWiMax

Data

DmodOFDM

Traitement

des donnes

DmodOFDM

Traitement

des donnes

DmodOFDM

Traitementdes donnes

DmodOFDM

Traitementdes donnes

Codage

WiMax

mission Rception


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Norme

WiMax

Norme WiMax IEEE 802.16Norme WiMax IEEE 802.16

Wimax : Worldwide Interoperability forMicrowave Access,

Norme technique base sur le standard detransmission radio 802.16, valid en 2001 parl'organisme international de normalisation IEEE.

Semblable au Wi-fi mais avec des performances

nettement suprieures en de nombreux points.


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Norme

WiMax


Frquences radio de 2 11 GHz

Dbit maximum thorique de 70 mgabits par

seconde sur une porte de 50 km

En pratique, 12 mgabits par seconde sur uneporte de 20 km

Mobilit jusqu 60 km/h


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Norme

WiMax


Utilisation de nombreuses techniques : Randomisation

Codes correcteurs derreurs

Perforation Entrelacement

Modulation QAM

Codes spatio-temporels (MIMO)

Forme donde OFDM


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Norme

WiMax


Codage

WiMax

Modulation

16QAM

Codage spatio-temporel

OFDM

OFDM

Data

PC

PC


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Norme

WiMax


Donnes binaires

Randomisation

Codage de Reed-Solomon

Code convolutif

Perforation

Entrelacement

Couche physique :

Randomisation

Codage de Reed-Solomon


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Norme

WiMax


Randomisation :

Consiste viter les longues suites de 1 ou de 0qui sont lorigine de raies de forte nergie.

Permet de rpartir lnergie du signal surlensemble du canal de transmission.

Occupation spectrale du signal quivalente celle dun bruit alatoire.


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Norme

WiMax


Randomisation :Dispositif form de 15 registres dcalage et d'un OU exclusif :

( )iSeqSeqiIniOut )15()14()()( =


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Norme

WiMax


Codes correcteurs derreur :

Les Codes en BlocsLes Codes en BlocsLes Codes en TreillisLes Codes en Treillis

Modulations Codesen Treillis


Les Codes Non RcursifsLes Codes Non RcursifsLes Codes RcursifsLes Codes Rcursifs Les Codes Non CycliqueLes Codes Non Cyclique

Modulations Codesen Blocs


Les Codes CorrlsLes Codes Corrls

Les Codes ConvolutifsLes Codes Convolutifs

Les Codes CycliquesLes Codes Cycliques

Les Codes LinairesLes Codes Linaires

Les Codes Non LinairesLes Codes Non Linaires

Les Codes CorrecteursdErreurs


Les Codes en BlocsLes Codes en BlocsLes Codes en TreillisLes Codes en Treillis



Les Codes Non RcursifsLes Codes Non RcursifsLes Codes RcursifsLes Codes Rcursifs Les Codes Non CycliqueLes Codes Non Cyclique



Les Codes CorrlsLes Codes Corrls

Les Codes ConvolutifsLes Codes Convolutifs

Les Codes CycliquesLes Codes Cycliques

Les Codes LinairesLes Codes Linaires

Les Codes Non LinairesLes Codes Non Linaires




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Norme

WiMax


Codes correcteurs derreur :

Codes de Reed-SolomonCode en bloc qui consiste ajouter des octets de redondance la fin de

chaque paquet de donnes.

Codes convolutifsRenforce les mesures de protection des donnes transmettre.

Lie un bit un ou plusieurs bits prcdents afin de pouvoir retrouver sa valeur en cas derreur.

Code dit "en treillis", permet de retrouver la valeur la plus probable d'un bit en observant les

bits prcdemment reus.

Dcodeur de Viterbi


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Norme

WiMax


Perforation :

=11

01P

Le rendement du codeur convolutif est de . Pour 1 bit d'entre, 2 bits de sortie.

La perforation (ou poinonnage) consiste amliorer ce rendement en ne transmettant pas

certains bits sortant du codeur.

Rendement = 3 / 4

Gnre des erreurs compenses par le code

convolutif de Viterbi


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Norme

WiMax


Entrelacement :Consiste mlanger les paquets entre eux.

Permet de palier les problmes lis de longues suites de bits ou d'octets conscutifs

errons.

( )1616 )16mod(

kfloorkN

m cbps +

=

( ))mod(

16

scbps

cbps NkfloorNk

skfloorsj

++=

Ralis en deux tapes par les quations suivantes :


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Norme

WiMax


Modulation numrique M-QAM :M-QAM = Quadrature Amplitude Modulation sur M tats.

Technique qui emploie une combinaison de modulation de phase et damplitude.

Largement employe par les modems.

Permet doffrir des dbits binaires levs

Autres types de modulation possibles :

En frquence - FSK (Frequency Shift Keying)

En phase - PSK (Phase Shift Keying)

En amplitude ou ASK (Amplitude Shift Keying)


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Norme

WiMax


Modulation numrique M-QAM :Pour une modulation 16-QAM :

4 bits donnent un symbole (complexe)

3 niveaux d'amplitude

12 niveaux de phases


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Norme

WiMax


Modulation numrique M-QAM :

802.16a standard


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Norme

WiMax



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Modulations OFDMModulations OFDM

OFDM

OFDM = Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing

Idale pour les canaux multi-trajets (cas du

canyon urbain)

Utilisation optimale la bande de frquencealloue par othogonalisation des porteuses


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Intro Norme

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du signal Concl .

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OFDM

Rpartition des symboles gnrs sur une bande defrquence donne avec un nombre de porteusesdonn.

Estimation priodique de la rponse du

canal

Mise en place par une simple FFT

Amlioration du taux d'erreur par un

codage et un entrelacement adapts


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Applications

q Rseaux sans fils (Wi Fi, Hiperlan).

q Internet et vido pour la tlphonie mobile

Tlvision numrique terrestre (DVB-T).

Permet de transmettre des donnes avec un dbit trslev sur un canal slectif en frquence avec le tauxderreur le plus faible possible

Robustesse vis vis des canaux slectifs en frquence

OFDM



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du signal Concl .

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S/P

Donnes lmission

P/S

IFFT

Ajouter le Prfixe cyclique

P/SFFT

Supprimer le Prfixe cyclique

S/P

Donnes la rception

OFDM


Principe de la modulation OFDM


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du signal Concl .

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s y m b o l iCP Symbole i+1 CP CP Symbole i CP

copiecopie

s y m b o l iCP Symbole i+1 CP CP Symbole i CP

copiecopie

La dure du prfixe cyclique doit tre suprieur ltalement des retardsLa dure des donnes plus grande suffisamment que la dure du prfixe cycliqueLa dure des donnes doit tre courte suffisamment que le canal ne change paspendant la dure dun block

OFDM


Prfixe cyclique

Permet dviter les interfrences entre symboles dues au canal de propagation


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La convolution circulaire

En prsence des interfrences introduit par le canal

{ } { } { }NNN ksFFTkhFFTkskhFFT )(.)()(*)(

Le prfixe cyclique permet dobtenir une convolution circulaire

{ } { }NNN ksFFTkhFFTkskhFFT )(.)()(*)( =

Cette proprit permet lutilisation dune galisation simple

la rception

)().()( nynHny =

OFDM



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Construction des signaux OFDM

Nb de sous porteuses

La largeur de bande

Lorthogonalit des sous-porteuse Les porteuses pilotes

OFDM



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du signal Concl .

286 -4 -2 2 4 6-2

- 5

-

-5

5

5

2

OFDM



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du signal Concl .

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OFDM


Sous-porteuses pilotes

Introduction dans le spectre de sous-porteuses connues

Permettent de synchroniser les donnes la rception

Corrigent les dcalages de phase


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30

Sf

St

Donnesutiles

DonnesPilotes

(a): Trames pilotes (b): Porteuses pilotes (c): Porteuses parpilles

Temps

Frquenc

e

Sf

St

Donnesutiles

DonnesPilotes

(a): Trames pilotes (b): Porteuses pilotes (c): Porteuses parpilles

Temps

Frquenc

e

OFDM


Sous-porteuses pilotes


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Intro Norme

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Les avantages et les inconvnients

Une grande efficacitspectraleRobuste contre laslectivit frquentiellegalisation plus simple

Une parfaite synchronisation

grande est exigeLe facteur de crte PAPRVulnrabilit au dcalagefrquentiel

=> Perte dorthogonalitentre les porteuses=> Les interfrences entre

porteuses

OFDM



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du signal Concl .

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CodeurConvolutif

CodeurConvolutif

EntrelaceurCodeurReed

Solomon

CodeurReed

SolomonDonnes

lmissionDonnes

lmissionM-QAMM-QAM

ModulationOFDM

ModulationOFDM

Dcodeurde ViterbiDcodeurde Viterbi

Donnes la rceptionDonnes la rception

DcodeurReed

Solomon

DcodeurReed

SolomonDsentrelaceur

DmodulationOFDMDmodulationOFDM

Estimationdu canal

Estimationdu canal

Synchronisationdes signaux &

des trames

Synchronisationdes signaux &

des trames

M-QAMM-QAM

galisation &correctionde phase

galisation &correctionde phase

OFDM

Schma global de la chane SISOSchma global de la chane SISO


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33

mission MIMOmission MIMO

MIMO


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mission MIMOmission MIMO

MIMO

EMETTEUR

x1

R

ECEPTEUR

x2

y1

y2

y3

h11

h12

h21

h22

h31h32

Nt antennes Nrantennes

datadata

signal reu signal mis

y1(n)

y2(n)

y3(n)y4(n)

h11 h12h21 h22

h31 h32h41 h42

x1

x2= x +

n1n2

n3n4

Matrice de

canal

Matrice

de bruit

Modlisation dune

transmission

MIMO (2,4) :


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35

Codages spatioCodages spatio--temporelstemporels

MIMO

TraitementMIMO

lmission

Multiplexagespatial (MS)


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du signal Concl .

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MIMO

*

4

*

3

*

2

*

14321 S-S-S-SS-S-S-S

*

3

*

4

*

1

*

23412 S-SSSS-SSS

*

2

*

1

*

4

*

32143 SSS-SSSS-S

*

1

*

2

*

3

*

41234 SS-SSSS-SS

4321 SSSS

TraitementMIMO

lmission

Codage spatio-temporel en bloc

1/2 (STBC)

Dbit utile 2


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37


MIMO

[ ]1210 ... = nssssE

=

*

01

*

10

2

1

ss

ssC

=

*

21

*

12

*

23

*

32

*

01

*

10 ...2

1

nn

nn

ss

ss

ss

ss

ss

ssS

Signal dentre :

Codage modlis par :

Expression de la matrice de sortie :


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Intro Norme

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Traitement

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Direction

de

propagation

MIMO

Transmissions simultanes sur 2 antennes



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39

PrambulesPrambules

MIMO

Symboles OFDM connus pour :

Synchroniser les donnes la rception, Estimer le canal de propagation.

Deux prambules sont utiliss pour 24 symboles OFDM utiles

2 Prambules 24 symboles OFDM Trame OFDM avec prambules


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Traitement

du signal Concl .

40

Rsum de lmissionRsum de lmission

MIMO


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du signal Concl .

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MIMO

Porteuse Pilote Data

64 Porteuses

40 Porteuses de donnes

6 Porteuses pilotes


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Transmiss ions

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MIMO

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8


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Transmiss ions

relles

Traitement

du signal Concl .

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Transmiss ions

relles

Transmissions rellesTransmissions relles

Lors de transmissions relles, le signal subit desperturbations :

Attnuations lies au canal de propagation,

Dcalages de phase,

Effet Doppler,

Multi-trajets


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Transmiss ions

relles

Traitement

du signal Concl .

44

Transmiss ions

relles

Transmissions rellesTransmissions relles

diffusiondiffusion

diffractionsdiffractions

rflexion

Le signal la rception est la somme de tous les signauxissus des diffrents trajets


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Transmiss ions

relles

Traitement

du signal Concl .

45

Traitement

du signal

Traitement du signalTraitement du signal

Filtrage

Synchronisation des signaux

Estimation du canal

galisation

Correction de phase


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46

Traitement

du signal


Filtrage Porte sinc


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relles

Traitement

du signal Concl .

47

Traitement

du signal


Synchronisation des signaux

Fonction de corrlation


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relles

Traitement

du signal Concl .

48

Traitement

du signal


2 4 6 8 10 12 14

x 104

0

0.51

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

x 105

Dbuts des signaux


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Transmiss ions

relles

Traitement

du signal Concl .

49

Traitement

du signal


1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

x 104

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5x 105

Dbuts des trames


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relles

Traitement

du signal Concl .

50

Traitement

du signal


Estimation du canal de propagationRcepteur Turbo MAP (Maximum posteriori)


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Transmiss ions

relles

Traitement

du signal Concl .

51

Traitement

du signal


Estimation du canal de propagationRcepteur Turbo MMSE (Minimum Mean Square

Error)

MMSE

JD

Mapp

ing

De

Mapping

LD(c)

P(a|y,G,)E(a)

Cov(a,a)

y

LC(c)


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Intro Norme

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Transmiss ions

relles

Traitement

du signal Concl .

52

Traitement

du signal


galisationfY

fX )(

)( =


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relles

Traitement

du signal Concl .

53

Correction de phase : Utilisation des sous-porteuses pilote


Traitement

du signal


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Transmiss ions

relles

Traitement

du signal Concl .

54

Correction de phase : Utilisation des sous-porteuses pilote


Traitement

du signal

N T i i T i

T i


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Intro Norme

WiMax OFDM MIMO

Transmiss ions

relles

Traitement

du signal Concl .

55


Traitement

du signal

N T i i T it t


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Intro Norme

WiMax OFDM MIMO

Transmiss ions

relles

Traitement

du signal Concl .

56

Concl .

SNR= 8dBBER= 0 SNR= 7dBBER= 9.10-3

H263 video stream

N T i i T it t


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Intro Norme

WiMax OFDM MIMO

Transmiss ions

relles

Traitement

du signal Concl .

57

Quelques antennes fi l i formes

N T i i T it t


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Transmiss ions

relles

Traitement

du signal Concl .

58

Quelques antennes f i l i formes

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