EL-I3_projet_UWB_2

Anne scolaire 2003-2004

Projet Interne I3 :

Simulation dune chane de communication UWB (Ultra Wide Band)

de type impulsionnel Etudiants : Suiveur :

Bardoz Sbastien M. Villegas Mammou Omar Moysan Erika

En collaboration avec D. Marchaland (tudiant en thse) et en lien avec la socit

STMicroelectronics.

Simulation dune chane de communication UWB de type impulsionnel

BARDOZ Sbastien MAMMOU Omar MOYSAN Erika

2 sur 85

Sommaire

Sommaire 2

Remerciements 4

Rsum 5 Abstract 6

Introduction 7 A - Considrations gnrales sur lUWB 8

Gnralits 9 Normalisation 12 Canal de propagation 15 Bibliographie 19

B - Modlisation 20 1 - Emission 22 a - Chane dmission 22 b - Gnrateur dimpulsion 23

c - Modulateur 27 d - Amplification, filtre et antenne 30 2 - Canal de propagation 31

a - Modle de Saleh-Valenzuela modifi 31 b - Modle statistique des pertes 33 c - Bruit 35 3 - Assemblage de la chane dmission et du canal de propagation 36 4 - Rception 37 a - La chane de rception 37 b - Dcoupage par motif 37 c - Retard et multiplication 37 d - Intgrateur 38 e - Dcision 39 5 - Chane Globale 40

C - Simulation 41 1 - Essai initial 42 2 Conditions favorables 44



3 sur 85

Conclusion 47

Glossaire 48 Index des figures et tableaux 50 Annexes 51 Annexe A : Simulation de la chane totale 52 Annexe B : Sources 54



4 sur 85

Remerciements

Les auteurs remercient M. Villegas et D. Marchaland, pour leur suivi et leur aide durant les trois semaines de projet ; le laboratoire Sigtel, pour son accueil et ses infrastructures.

Acknowledgements

The authors wish to acknowledge M. Villegas and D. Marchaland, for their support and their help during the three weeks of project; the Sigtel labs, for its welcome and its infrastructures.



5 sur 85

Rsum

Les systmes UWB (Ultra Wide Band) ont un rel enjeu pour lavenir des tlcommunications, systmes de 4G (Quatrime gnration). En effet, les systmes UWB pourront tre utiliss aussi bien dans le cadre des transmissions multimdia (dbit ~500 Mgabits/s) que pour la cration de PAN (Personal Area Network) ou encore pour la localisation. Cest dans cette optique que nous avons tudi les systmes UWB impulsionnels. Dune part en caractrisant ces systmes laide de leur normalisation, dautre part en dcrivant le type de technologie utilise (LDR : Low Data Rate). Dans un second temps, nous avons modlis les systmes UWB afin de simuler les transmissions dans diffrentes conditions. Pour cela nous nous sommes servis de modles de propagation existants (modle de Saleh Valenzuela modifi, modle statistique des pertes) qui nous ont paru les plus pertinents. De plus, nous avons mis en place diffrents types de modulations. En outre, nous avons utilis une impulsion de type gaussienne mais fentrant un signal sinusodal, de manire reproduire une drive nime de la gaussienne ayant de meilleures proprits spectrales. Enfin, nous avons effectu plusieurs simulations, partir de notre modle pour analyser ces systmes de manire qualitative, en vue de mieux connatre leurs performances.



6 sur 85

Abstract

The UWB (Ultra Wide Band) systems are relevant for the telecommunications future (4G, Fourth Generation Wireless Systems). Indeed, these systems will be used in the field of multimedia transmissions and also for PAN (Personal Area Network) creation or localization. That is why we studied the impulse UWB systems characterizing them with the help of normalization and describing the technology used (LDR: Low Data Rate).

Afterwards, we patterned this kind of systems in order to simulate transmissions in different conditions. We used existing propagation models and path loss models (modified Saleh Valenzuela model, statistical path loss model) that are the most judicious. Besides, we set up different kind of modulation and we utilized a sinusoidal signal windowed by a Gaussian impulse for reproducing the such-and-such derivation, which has better spectral properties.

Finally, we made several simulations from our model in order to analyze UWB systems and evaluate their performances.



7 sur 85

Introduction

Lintgration des applications WLAN (Wireless Local Area Network) et WPAN (Wireless Personal Area Network) dans le domaine de la tlphonie mobile de troisime et quatrime gnrations qui sont appeles apparatre auront la spcificit davoir des dbits trs levs compars ceux qui existent de nos jours.

Cependant lun des principaux obstacles lapparition de nouveaux systmes est sans conteste lencombrement spectral de lespace.

En effet, le domaine spectral est occup sur la bande stalant du continu 10 GHz, et les organismes rgulant les attributions de ce domaine appliquent des normes de plus en plus strictes ce sujet.

Cest en partant de ce constat quest ne lide de rutiliser les systmes Ultra Wide Band (UWB) littralement Trs Large Bande lorigine ddis aux concepts Radar depuis 40 ans. Ils sont appels rvolutionner les communications de demain. Ils ont un spectre trs tal mais des puissances tellement faibles, infrieures au plancher de bruit des autre systmes, si bien quils sont ignors par les autres systmes utilisant les mmes plages de frquence. Lavantage de tels systmes est quils sont peu coteux en nergie cause des limites imposes par la normalisation. Nous verrons comment les signaux sont crs, et comment nous nous plaons certaines frquences particulires.

Dans un premier temps, cette tude prsentera les concepts gnraux relatifs aux systmes UWB, pour ensuite modliser une chane de communication complte. Enfin, des mesures viendront illustrer cette analyse.



8 sur 85

A - Considrations gnrales sur lUWB



9 sur 85

Gnralits

1) Dfinitions des systmes Ultra Wide Band

Le signal Ultra Wide Band tant relativement rcent, sa dfinition est encore en volution constante en attendant de trouver les dfinitions les plus efficaces. Cependant le FCC, organisme de rgulation amricain, mis une dfinition assez claire :

MHzBet

fSdBBf

abs

UWB

500

%20))(,10(

Avec Bf dfinie comme :

2

))((

1

1

fffet

ffffSBf

hc

c

h

+=

=

Figure 1: Illustration de la Bf

Il existe dautres dfinitions, elle sont dtailles dans la partie normalisation du prsent rapport.

En gnral, un systme UWB se situe sur la bande [3.1 GHz , 10.6 GHz] et peut atteindre un dbit maximal thorique de 500 Mgabits/seconde. Cette bande a t choisie pour protger les systmes GPS dont la frquence est infrieure 3.1 GHz et limite 10.6 GHz du fait de lattnuation lie la propagation, dans lair, des signaux haute frquence entravant la communication distance des applications souhaites.

Il est noter quil existe aussi dautres bandes de frquences pour les systmes UWB qui dbouchent sur plusieurs types dapplications (UWB 24 GHz ou UWB 77 GHz pour les radars automobiles) cependant pour des raisons dcrites plus haut, de maturit de la technologie, et de cot dimplmentation il nest pas envisageable de les utiliser dans limmdiat pour le WLAN et le WPAN.



10 sur 85

Les signaux caractristiques de systmes UWB sont des impulsions trs brves (de lordre de la nanoseconde) et sont transmis sans frquence porteuse.

Lavantage dun tel signal est que le dbit atteint est extrmement haut en effet, si C est la capacit du canal, W la largeur de bande et SNR le rapport signal bruit (RSB) nous avons la relation suivante :

)1(log2 SNRWC += Exemples :

W = 20 MHz et SNR = 80 dB C = 126.8 Mbps W = 200 MHz et SNR = 8 dB C = 634 Mbps

Ainsi, pour augmenter le dbit, il est plus judicieux dagir sur la largeur de bande, et cela

mme si le RSB baisse car il ninflue que de faon logarithmique sur C.

De plus, nous avons voqu le fait que les impulsions taient trs brves, cela permet au systme dtre trs robuste face aux retards provoqus par les multi-trajets (multi-path) car la dure de limpulsion est trs petite compare ce mme retard. 2) Caractristiques des signaux UWB

Les signaux caractristiques de systmes UWB sont, nous lavons dit, gnr par des impulsions trs brves et aussi trs espaces dans le temps.

Le spectre de ces impulsions stend de frquences de lordre du Hertz jusqu plusieurs Gigahertz.

Lnergie totale du systme nest pas vraiment diffrente de celle des autres systmes classiques, cependant elle sera bien plus rpartie sur la bande de frquences cest pourquoi elle sera dtecte comme du bruit par les autres systmes. Cette nergie est de lordre du Micro Watt par Mgahertz.

Il existe plusieurs types dimpulsions pour gnrer un signal UWB, nous nous concentrerons sur le type le plus communment utilis qui est limpulsion Gaussienne dont la largeur de bande est lie sa dure.

Limpulsion gaussienne s est donne par lexpression suivante

2

21

21)(

=

pi

t

ets

Avec indiquant la position temporelle laquelle se trouve le maximum de limpulsion

et caractrisant sa dure iT grce la relation suivante :

pi

2iT

=

Pour se placer une quelconque frquence il suffit de prendre une drive nime de s. . Il

existe dautres moyens dmuler les drivations de la Gaussienne en fentrant une fonction sinusodale par une gaussienne. Laugmentation de lordre de drivation, ou de la frquence de la sinusode, entrane un dplacement du spectre de celle ci, et plus particulirement de la frquence



11 sur 85

centrale. De plus pour rentrer dans le masque de la FCC, il faudra aussi imposer une dure

maximale pour chaque impulsion, corrle . Cette impulsion peut tre associe la mme impulsion en opposition de phase et dcale

temporellement, appele doublet Gaussien, pour liminer la composante continue.

Figure 2 : Doublet Gaussien

Il existe deux types de systmes communication UWB, les systmes HDR (High Data Rate) et LDR (Low Data Rate). Ils se caractrisent principalement par les dbits mis en jeu. Les systmes HDR ont lavantage dun haut dbit alors que les systmes LDR ont une faible consommation dnergie et un faible cot. Dun point de vue simulation, il ny a pas de diffrences, elles se situent seulement lors de la ralisation (architecture, taille de la PRP, priodes dinactivit).



12 sur 85

Normalisation de lUWB

De plus en plus dindustriels et laboratoires travaillant sur le systme UWB, il tait devenu ncessaire de le normaliser ; cest pour cette raison que la FCC (Federal Communication Commission) aux Etats-Unis ainsi que lETSI (European Telecommunications Standards Institute) pour lEurope ont commenc travailler sur les caractristiques de la technologie UWB. De plus, ces mesures devenaient urgentes puisque lUWB de par sa bande de frquence tale, peut interfrer avec dautres systmes tels que le GPS par exemple. Le rle de ces organismes a donc t de poser les normes de lUWB tout en protgeant les systmes aboutis dj existants.

Figure 3 : Exemples de systmes partageant la mme plage de frquence que lUWB

Actuellement seules la FCC et lIDA (Infocomm Development Authorithy - Singapour) ont statu sur les systmes UWB. Nous nexposerons ici que la normalisation de la FCC [1] : le 14 fvrier 2002 elle a dfini quatre critres importants de la technologie UWB :

- la puissance dmission dun systme UWB : Pe = -41.3 dBm / MHz rappel : 1dBm= 10log( 1000*P) avec P la puissance exprime en W

- la bande de frquence alloue pour un systme UWB : 3.1 10.6 GHz

- la bande de frquence dun systme UWB : BW 500 MHz et Brelative 20%

- la puissance crte du signal ne doit pas excder 0 dBm/ 50 MHz

Soit Fc la frquence pour laquelle la puissance est maximale, on appelle puissance crte la

puissance du signal comprise dans un intervalle de 50 MHz autour de Fc.



13 sur 85

Figure 4 : Illustration de la dfinition de la puissance crte

Cest de loin la plus large bande spectrale alloue par la FCC. Elle a de plus, pour les applications de communication, pos les rgles pour lUWB indoor et outdoor .

Figures 5 et 6 : Masques de la bande spectrale dun systme UWB indoor et outdoor pour les

applications de communication imposs par la FCC

LIDA [2] a, elle, cre une normalisation qui alloue aux systmes UWB une bande de frquence plus large encore que celle de la FCC. Une des raisons possibles de ce choix viendrait du fait quen Asie on nutilise pas les mmes standards pour les systmes de communication (de frquences proches de lUWB).

Les autres organismes nont pas encore statu mais suivant les zones gographiques les

niveaux davancement sont varis : en Europe, il semble que les recherches sur le systme soient au point mort, en effet les diffrentes tudes menes pour lETSI sur les possibles interfrences entre lUWB et dautres systmes ont donn des rsultats contradictoires et lorganisme rencontre des difficults pour trancher. Quant au Japon, les autorits prvoient une normalisation pour 2005 et poursuivent les recherches. Toutefois, il semble certain que les organismes retardataires vont saligner sur ces prsentes normes puisque les premiers produits utilisant la technologie UWB sont dj commercialiss aux Etats-Unis.



14 sur 85

Figure 7 : Masque des bandes spectrales que doit vrifier un systme UWB suivant diffrents organismes de

normalisation

La FCC a pos quelques normes pour les systmes UWB, mais au-del de ces

considrations vraiment techniques cest la dfinition de lUWB qui est remise en cause ; en effet tout systme vrifiant la zone du masque ainsi que les dfinitions cites prcdemment peut tre appel systme UWB sans pour autant utiliser le principe des impulsions. Enfin les organismes de normalisation doivent compter avec les entreprises qui font souvent pression pour imposer leur

systme comme cest le cas pour le choix concernant le multi-band et le single-band *. Enfin il nous semble important de comparer lUWB avec dautres standards [3,4] existants afin de saisir combien cette technologie apparat comme prometteuse.

Systme Date de la normalisation Frquence Dbit max. UWB Commence en 2002 3.1 10.6 GHz 500Mb/s Bluetooth Juin 2002 2.4 GHz 1 Mb/s 802.11a 1999 5 GHz 54Mb/s 802.11b 1999 2.4 GHz 11 Mb/s

Tableau 1 : Comparaison des systmes de transmission existants

La totalit de la bande UWB est utilise (ex : les systmes que nous tudions)

* La bande est dcompose en un certain nombre de petite bandes



15 sur 85

Canal de propagation

La modlisation du canal est une tape importante pour limplantation de systmes quels quils soient. Dautant plus que les systmes UWB ne sont pas rellement mis en place. En effet cette modlisation est un des lments clef de la chane globale du systme (mission -> rception).

Le canal pose des problmes de transmissions en fonction de la distance entre les deux antennes1, des multi-trajets et du type de signal.

Dans un premier temps, nous verrons les diffrents types de modlisations possibles. Puis, nous dcouvrirons les modles existants.

1) Types de modlisation Les canaux de propagations se modlisent de trois manires diffrentes. Il existe la

modlisation dterministe (physique), empirique, statistique. La modlisation dterministe a t la premire voir le jour. Ici, le canal est assimil un

filtre linaire variant dans le temps2 (ou invariant3 selon les hypothses). Les coefficients du filtre sont alors fonction des phnomnes physiques connus (quation de propagation, quations de Maxwell). Il est donc possible de modliser tous les environnements. Malheureusement, ce modle ncessite beaucoup (trop) de calculs.

Les modles empiriques sont conus laide de lexprience. En effet, il sagit de reproduire les caractristiques de lexprience avec un modle mathmatique. Cette modlisation require trs peu de temps de calcul, par contre la solution nest pas portable (pas de changement denvironnement possible).

Les modles statistiques sont conus de la mme manire que les modles empiriques la diffrence que les paramtres sont considrs comme des variables alatoires. Ce type de modlisation a donc lavantage dtre portable des environnements proches de ceux de lexprience.

2) Modles existants pour les multi-trajets

Il existe diffrents type de modles dj crs. Ils ont t pour certains adapts aux systmes UWB et pour dautres crs pour la circonstance. Ils se nomment : Le Ray-Tracing [1] ; le modle de Bello [2] ; le Ray-Launching [3] ; le modle de Sabine ; Le modle de Cassioli, Win,

1 Attnuation du canal en fonction de longueur donde du signal et de la distance de la transmission :

42,4log10)1( 100

+=

pid

mLLdB Selon le milieu de propagation (rural ou urbain)

2

)(1)(

0)]([)(),( tik

N

kk

kettath

=

=

3

kik

N

kk ettath

][)(1

0=

=



16 sur 85

Molisch [4] ; le modle -K [5] ; le modle de Rayleigh Fading [6] ; Nakagami fading [7] ; Le modle de Saleh-Valenzuela [8].

Parmi ces modles, nous allons tenter de vous dcrire les plus utiliss.

Rayleigh Fading : Tout dabord, un des modles de Rayleigh est une adaptation de la norme 802.11 (WIFI)

lUWB. Ce modle assimile le canal un filtre rponse impulsionnelle finie (FIR). La rponse impulsionnelle est complexe de la forme :

( ) ( ) max221221 ,...,1,0,0,0 kkpourNjNh kkk =+= O

;1

1;

;

;10

120

20

2

max

max +

=

=

=

=

k

kk

T

s

rms

rms

S

e

TK

Et ( )221,0 kN une distribution statistique Gaussienne de moyenne nulle et de variance 22

1k .

Ce modle a lavantage de prendre en compte les multi-trajets. Mais il risque de poser des problmes dans le sens o il a t cr dans le but de modliser des systmes bande troite (Narrowband).

Modle -K : Ce modle est discret. Le principe est de diviser laxe temporel en petits intervalles

appels bins. A chaque bin l correspond une probabilit de contenir un multi-trajets note Pl

dont la valeur diffre si lintervalle prcdent contient un trajet : elle est gale K*l sil y a un trajet et l dans le cas contraire.

( )1 1

1

;

, 2 ;1 1

ll

l

r

r lK r

=

= +

Avec, rl le taux doccupation empirique de lintervalle l. La variable K est dfinie de telle sorte que, pour K1 les trajets arrivent en paquets.

Soient l, la rponse impulsionnelle de lintervalle l et |l| lamplitude des multi-trajets, de distribution lognormale et dcroissante exponentiellement.



17 sur 85

lll p = 20/10nl =

o ),Normal( 2 ln ;

lp polarit des multi-trajets (quiprobable +/-1)

Et 20

)10ln()10ln(

/10)ln(10 20 = llT

avec lT temps en surplus de lintervalle l et

0 puissance moyenne du premier trajet du premier paquet. Ce modle est intressant du fait quil gre les multi-trajets mais il est impossible de modliser un systme en LOS (Line Of Sight) et NLOS (Non Line Of Sight) simultans, cause de la prsence dune unique exponentielle dcroissante pour lamplitude des multi-trajets.

Modle de Sabine : Ce modle consiste faire une analogie des systmes UWB avec les systmes acoustiques.

Il est dterministe, donc difficile mettre en uvre.

Cassioli, Win, Molisch : Cest un modle empirique. Chaque signal reu est de la forme :

( ) ( ) ( )tuntustur ns ,,, +=

o ( )tun n , est le bruit, ( )tus s , la rponse du canal et ( )ns uuu ,= les rsultats de lenvironnement statistique.

Lorsquil ny a pas de multi-trajets : ( ) ( ) ( )twuctus ss =, avec ( )suc lattnuation en espace libre et ( )tw la rponse idale.

Dans le cas gnral : ( ) ( ) ( )( )=

=

L

iiis utwuctus

1

, avec ( ) uci et ( ) +ui deux variables alatoires.

Modle de Saleh-Valenzuela (S-V) modifi : On dit que le modle est modifi car la distribution des multi-trajets est lognormale plutt

que normale.

Cest un modle statistique qui postule que les trajets arrivent par paquets. Soient, Tl et kl, respectivement le temps darrive du lime paquet et le temps darrive du kime trajet du lieme paquet.

Ce sont des variables statistiques indpendantes de loi de Poisson de paramtres et .



18 sur 85

( ) ( )[ ]e ll TTll TTp 11 =

( ) ( )[ ]e lkkllkklp ,1,1 =

avec T0 = 0 et 0l =0

On introduit le gain du kime trajet du lieme paquet, kl, ainsi que sa phase, note kl. Do la rponse impulsionnelle du canal :

( ) ( )

=

=

=

0 0l kkll

jkl Ttth e

kl

Avec {kl} sont des variables alatoires statistiques positives indpendantes et {kl} sont des variables statistiques alatoires uniformes indpendantes sur [0,2pi].

Path Magnitude

Time

cluster 0

14 2 43 1T 13

1 4 2 4 3

13

Figure 8 : Rponse impulsionnelle du canal Figure 9 : Dcroissance exponentielle des puissances

des paquets et des trajets

Pour conclure, nous allons utiliser le modle de Saleh-Valenzuela modifi car il est sans doute le plus complet de modles. De plus, aprs une srie de recherches, nous avons constat quil tait le plus en adquation avec les systmes UWB.



19 sur 85

Bibliographie

Gnralits : V. Berthelemy, L. Houegnigan, J.-B. Petit, Ultra Wide Band Systmes de communication 4G, 2003

Normalisation : [1] www.atlasce.com/subpart_f.htm [2] europa.eu.int/information_society/topics/radio_spectrum/docs/ppt/rsc7_uwbcluster_slides.ppt [3] www.corsaire.org/consulting/reseau-sansfil.htm [4] www.gel.usherb.ca/houle/papiers/Houle_Portrait.pdf Canal de propagation : [1] Il existe plusieurs modles de Ray-Tracing ; par exemple : Bernard Uguen, Eric Plouhinec, Yves Lostanlen, Gerard Chassay, Deterministic Ultra Wideband

Channel Modeling http://www.insa-rennes.fr/l-lcst/gdid/A_deterministic_UWB_channel_modeling.pdf [2] Philip A. Bello, "Characterization of Randomly Time-Variant Linear Channels", IEEE Transactions on

Communications Systems, no. 4, December 1963 pp. 360-393 [3] Il existe plusieurs modles de Ray-Launching ; par exemple : Lawton, M.C., and J.P. McGeehan, The Application of a Deterministic Ray Launching Algorithm for the

Prediction of Radio Channel Characteristics in Small-Cell Environments, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Volume: 43, Issue: 4 (November 1994), 955969.

[4] D. Cassioli, M. Z. Win, and A. F. Molisch, The Ultra-Wide Bandwidth Indoor Channel From

Statistical Model to Simulations, IEEE JSAC, vol. 20, 2002, pp. 124757. [5] H. Suzuki, A Statistical Model for Urban Radio Propagation, IEEE Transactions on

communications, pp. 673-680, July 1977. [6] W. C. Lau, M.-S. Alouini, and M. K. Simon, Optimum spreading bandwidth for selective Rake

reception over Rayleigh fading channels, IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 19, pp. 10801089, June 2001.

[7] T. Eng and L. B. Milstein, Coherent DS-CDMA performance in Nakagami multipath fading, IEEE

Trans. Commun., vol. 43, pp. 11341143, Feb./Mar./Apr. 1995. [8] A. Saleh and R. A. Valenzuela, A Statistical Model for Indoor Multipath Propagation, IEEE J. on

Selected Areas in Commun., Vol. SAC-3, pp. 128-137 (February 1987)



20 sur 85

B - Modlisation



21 sur 85

Pour modliser la chane de transmission nous avons d utiliser le logiciel de calcul technique Matlab. Il contient Simulink qui permet de modliser et simuler des systmes en mode graphique. Malheureusement, pour des raisons de complexit et de temps de mise en uvre, nous ne lavons pas utilis. Donc, la modlisation du systme a t effectu a laide dun jeu de M-File (fichier de programmation Matlab). Le but de cette tude sera dutiliser les programmes pour des amliorations ou des tests futurs. Notre approche a t de considrer trois axes majeurs : lmission, le canal et la rception. La chane complte ne pourra tre simule que pour un certain type de modulation cause de la dmodulation qui est asynchrone. Cest pourquoi lmission possde deux modes de fonctionnement. Dune part, lutilisateur pourra choisir entre diffrents types de modulation mais ne pourra donc pas observer les rsultats de la chane complte. Dautre part, il pourra dmoduler mais avec un seul type de modulation. Le canal est en fait la somme de deux modles et lajout de bruit : le modle de Saleh-Valenzuela modifi qui est un modle multi-trajets et le modle statistique des pertes qui reproduit lattnuation du signal due au milieu de propagation. Enfin, la rception a une architecture de type asynchrone.



22 sur 85

1 - Emission

a - Chane dmission

La chane dmission, TransChain(), est compose de quatre lments : le gnrateur dimpulsions, le modulateur, lamplificateur et le filtre, lantenne. De plus, elle traite les donnes bit par bit.

Entres : Data : Donne envoyer (1 bit) Pulse : motif a moduler avec la donne (vecteur)

Paramtre : demod : dmodulation ou non

Sorties : Wave : Onde en sortie d'antenne pour le bit "Data" (vecteur)

PRP : Pulse Repetition Period (priode du motif en ns) Elle possde deux structures : lune autorise la dmodulation alors que lautre permet

seulement de simuler lmission et le canal.



23 sur 85

b - Le gnrateur dimpulsions

Le gnrateur dimpulsions, impulsiongen(), reoit en entre les paramtres suivants : - Amplitude du signal (en Volts)

- Paramtre de limpulsion (en nanosecondes) - Dure totale du motif ou PRP (en nanosecondes) - Frquence du cosinus (en GHz)

- Frquence dchantillonnage ou rsolution (en Picosecondes) En sortie nous avons

- Une impulsion module par un cosinus qui permet de recrer leffet dune drivation (sous la forme dun vecteur colonne)

- La densit spectrale dnergie Le gnrateur dimpulsions cre une impulsion Gaussienne module par un cosinus comme suit :

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-1

-0.5

0

0.5

1

temps en ns

Ampl

itude

en

Vo

lts

100 101-100

-50

0

50

Frquence GHz

DSE

dB

Figure 10 : Impulsion la sortie du gnrateur d'impulsion

Ce motif est obtenu par la concatnation dune impulsion classique et de zros (Zro Padding). Limpulsion Classique, modulcos(), est quant elle produite par la multiplication dune Impulsion Gaussienne (gnre par la fonction gauss() cre par D. MARCHALAND) dquation :

)2

exp(

21)(

pi

tts =



24 sur 85

Et dun cosinus.

( )tftts = 01 2cos)2

exp(

21)( pi

pi

La fentre Gaussienne que lon a utilise est sur lintervalle [-5 , 5 ] car en

)0(10)7.4( 5 ss avec s(0) maximal. Nous avons donc arrondi [-5 , 5 ] ce qui correspond aux standards considrant que le signal a une largeur de 10 .

Paramtres : A = Amplitude Maximale sgma = Position du Max

Npts = Nombre de points calculer Tcosmin = Borne infrieure de la fentre du cosinus Tcosmax = Borne suprieure de la fentre du cosinus

freq = Frquence du cosinus Sorties :

Stfin = Signal de sortie t = Base de temps

Figure 11 : Impulsion Gaussienne Simple Figure 12 : Drive d'ordre 5 d'une impulsion

Gaussienne



25 sur 85

Figure 13 : Cosinus fentr par une impulsion Gaussienne

Nous voyons que leffet de la multiplication par un cosinus donne le mme effet quune drivation. Ceci lavantage de nous viter de faire des divisions par zro dues aux arrondis invitables lorsque nous faisons des drivations, mais cela est aussi plus facile implmenter matriellement.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-1

-0.5

0

0.5

1

temps en ns

Ampl

itude

en

Vo

lts

100 101-100

-50

0

50

Frquence GHz

DSE

dB

Figure 14 : DSE d'un cosinus fentr par une impulsion Gaussienne (Frquence du cosinus = 0.7GHz),

Sigma=0.8 ns

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8-1

-0.5

0

0.5

1

temps en ns

Ampl

itude

en

Vo

lts

100-100

-50

0

50

Frquence GHz

DSE

dB

Figure 15 : DSE d'une impulsion drive d'ordre 5 d'une Gaussienne, Sigma=0.8

Densit Spectrale dEnergie



26 sur 85

Analyse des DSE en fonction des diffrents paramtres

Effet de Sigma

0 5 10 15-1

-0.5

0

0.5

1

temps en ns

Ampl

itude

en

Vo

lts

100 101-50

-40

-30

-20

-10

0

Frquence GHz

DSE

dB

Part 15FCC Outdoor maskFCC Indoor maskImpulsion

Figure 16 : Sigma = 0.8, PRP = 15

et Frquence = 0.8 GHz

0 5 10 15-0.5

0

0.5

1

temps en ns

Ampl

itude

en

Vo

lts

100 101-50

-40

-30

-20

-10

0

Frquence GHz

DSE

dB




Ainsi il est possible de remarquer que le paramtre sigma influe sur la raideur ou la largeur de la DSE du signal. Plus sigma sera grand, plus le spectre aura une pente raide et une Densit Spectrale dnergie tale.

Effet de la PRP(Priode de Rptition des Pulses)

0 5 10 15-1

-0.5

0

0.5

1

temps en ns

Ampl

itude

en

Vo

lts

100 101-50

-40

-30

-20

-10

0

Frquence GHz

DSE

dB




0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-1

-0.5

0

0.5

1

temps en ns

Ampl

itude

en

Vo

lts

100 101-50

-40

-30

-20

-10

0

Frquence GHz

DSE

dB




La PRP ninflue pas sur les valeurs au niveau des abscisses, mais plutt au niveau des

ordonnes. En effet, lnergie totale du signal est toujours rpartie sur la mme dure ( peu prs 10 sigmas) mais cette fois la PSD est calcule sur une dure plus longue do une perte dnergie relative. De plus ce qui est affich ici est la PSD et non la DSE, calcul par la fonction psd dans Matlab. Cela peut aussi tre retrouv par la relation liant la Densit Spectrale Dnergie la PSD. PSD = DSE / PRP or la DSE est la mme (car nous navons fait quun Zro Padding) donc la PSD



27 sur 85

sera plus petite. En effet, le passage de la DSE la DSP se fait par un support temporel qui est la PRP, donc si celle-ci change alors la DSP change.

Effet de la frquence du cosinus

0 5 10 15-1

-0.5

0

0.5

1

temps en ns

Ampl

itude

en

Vo

lts

100 101-50

-40

-30

-20

-10

0

Frquence GHz

DSE

dB


Figure 20 : Sigma = 0.8, PRP = 15 et Frquence =

0.8 GHz

0 5 10 15-1

-0.5

0

0.5

1

temps en ns

Ampl

itude

en

Vo

lts

100 101-50

-40

-30

-20

-10

0

Frquence GHz

DSE

dB


Figure 21 : Sigma = 0.8, PRP = 15 et Frquence = 2

Ghz

Laugmentation de la frquence du cosinus fentr pour effet de dcaler la frquence centrale de la PSD du signal vers les plus hautes frquences. Ainsi il est envisageable de jouer sur cette frquence pour se placer une frquence voulue.

c - Le Modulateur Le modulateur est une tape clef de la chane dmission. En effet, il permet de coder un

bit en une modification du motif. Nous avons choisi de ne jamais modifier le bit de donne 1, ainsi le modulateur ne travaille que sur les zros des donnes. Les modulations sont effectues au sein de la fonction modul().

Entres : Data : Donne moduler (1 bit) Pulse : Impulsion (vecteur colonne)

Paramtres : Kind : Type de modulation souhaite: 'ook','bpsk','ppm','dpim' Delay : Temps de dcalage (chiffre en ns) periodeech: Priode d'chantillonnage (en picosecondes)

Sortie : SigOut: Motif modul (vecteur)



28 sur 85

Cette fonction renvoie le motif modul correspondant la modulation du bit quon lui a pass. Nous avons choisi de traiter 4 types de modulations fondamentales pour les systmes UWB : OOK, BPSK, DPIM et PPM.

Modulation OOK (On Off Keying)

Cette modulation transmet pour un 0 un signal nul et pour un 1 le motif. Pour cela il

suffit pour la donne zro de crer un vecteur colonne rempli de 0 et pour le 1 de ne pas modifier le vecteur colonne reprsentant le motif.

Figure 22 : Modulation OOK pour le mot [1,0] et une PRP de 30 ns

Modulation BPSK (Binary Phase Shift Keying)

Cette modulation code un 1 par le motif et un 0 ce mme motif mais de phase inverse cest dire que lon multiplie le motif par 1.

Figure 23 : Modulation BPSK pour le mot [1,0] et une PRP de 30 ns



29 sur 85

Modulation DPIM ( Digital Pulse Interval Modulation)

Cette modulation agit cette fois sur la PRP[1].En effet, un 1 est cod par un motif dont la PRP est de dure normale alors quun 0 est quant lui cod au moyen dun motif dont la PRP a t tronque dun temps paramtr et donc laiss lapprciation de lutilisateur. On se retrouve donc avec, la sortie du modulateur, avec un signal de dure plus courte que celle du signal moduler. Sous Matlab, on supprime le nombre dchantillons correspondant au temps de dcalage du motif.

Figure 24 : Modulation DPIM pour le mot [1,0], une PRP de 30 ns et un dcalage de 10 ns

Modulation PPM (Pulse Position Modulation)

Cette modulation agit sur la position de limpulsion dans le motif. La donne 1 est donc

code par un motif normal mais le 0 sera lui, cod par un motif dans lequel limpulsion est dcale dun temps cette fois encore paramtr. Pour programmer ce type de modulation, on retire le nombre dchantillons, correspondant au temps de dcalage, la fin du motif pour les rajouter au dbut du motif. Cette opration est permise par la possibilit de concatner plusieurs vecteurs les uns aprs les autres grce loprateur ;.

Figure 25 : Modulation PPM pour le mot [1,0], une PRP de 30 ns et un dcalage de 10 ns



30 sur 85

d - Amplificateur, Filtre et Antenne

Nous avons choisi de modliser lamplificateur par un gain constant. Quant ltape du filtrage, elle est constitue dun facteur unitaire. En outre, un filtre pourra tre ajout dans une tude future. Ces deux lments sont modliss dans la fonction nomme AmpliTrans().

Entre :

Sig : signal a amplifier et a moduler (vecteur colonne) Paramtre :

GainTrans : gain de l'amplificateur Sortie :

SigOut : Signal amplifie et filtre (vecteur) Nous avons considr que lantenne effectuait une drivation point par point du signal,

pour cela nous avons utilis une fonction Matlab nomme diff(). Or cette fonction nous faisait perdre un demi-point au dbut et la fin du signal, nous avons donc ajout un point au signal (doublon du dernier point). Lantenne est reprsente par la fonction AntenTrans().

Entre : Sig : signal mettre (vecteur colonne)

Sortie : Wave : Onde mise (vecteur)



31 sur 85

2 - Canal de propagation a - Modle de Saleh-Valenzuela modifi Ce modle a t implment par lIEEE, nous avons donc utilis trois des programmes originaux, uwb_sv_cnvrt_ct(), uwb_sv_model_ct(), uwb_sv_params(), et modifi le quatrime uwb_sv_eval_ct(). Loriginal de ce dernier sera renomm : uwb_sv_eval_ct_original().

1) uwb_sv_params()

On entre en paramtre le numro dun modle et ce programme donne en sortie toutes les caractristiques exprimentales du canal correspondant ce numro. Ces caractristiques sont : Lam Taux darrive des paquets ( en paquets par nanoseconde) lambda Taux darrive des trajets (en trajets par nanoseconde) Gam Facteur daffaiblissement du paquet (temps constant, nanoseconde) gamma Facteur daffaiblissement du trajet (temps constant, nanoseconde) std_ln_1 Pente de la variable log-normale reprsentant laffaiblissement du paquet std_ln_2 Pente de la variable log-normale reprsentant laffaiblissement du trajet nlos Dtermine si lon se place en configuration NLOS std_shdw Pente de la variable log-normale reprsentant la rponse impulsionnelle

La fonction propose quatre modles qui reprsentent chacun un environnement diffrent suivant la distance entre les antennes et les conditions de transmission (LOS ou NLOS ).

Modle 1

LOS 0-4 m 2

NLOS 0-4 m 3

NLOS 4-10 m

4 Pires conditions

du canal Lam 0.0233 0.4 0.0667 0.0667

lambda 2.5 0.5 2.1 2.1 Gam 7.1 5.5 14.00 24

gamma 4.3 6.7 7.9 12 std_ln_1 28.4 28.4 28.4 28.4 std_ln_2 28.4 28.4 28.4 28.4

nlos 0 1 1 1 std_shdw 3 3 3 3

Tableau 2 : Caractristiques du modle S-V modifi selon le type de canal



32 sur 85

2) uwb_sv_model_ct() Ce programme rcupre les donnes de uwb_sv_params() afin deffectuer un

nombre de ralisations continues (ou rponses impulsionnelles) du canal que lon spcifie en entre de cette fonction. Entre :

num_channels : nombre de ralisations du canal souhaites Paramtres :

Les huit valeurs donnes par uwb_sv_params()

Elle gnre quatre lments : h :une matrice dont chaque colonne reprsente une ralisation alatoire du modle t : matrice dont chaque colonne contient les positions de chaque trajet dont lamplitude est stocke dans h t0 : un vecteur ligne qui regroupe les temps darrive du premier paquet de chaque rponse np : un vecteur ligne contenant le nombre de trajets par ralisation.

3) uwb_sv_cnvrt_ct()

Elle prend en entre la rponse continue du modle h_ct, t la mme matrice que pour

uwb_sv_model_ct(), np vecteur contenant le nombre de trajets par ralisation , num_channels le nombre de ralisations alatoires que lon souhaite et Paramtres :

h_ct : la rponse continue du modle t : matrice retourne par uwb_sv_model_ct() np : vecteur contenant le nombre de trajets par ralisation num_channels : le nombre de ralisations alatoires souhaites ts : la priode dchantillonnage souhaite

Sorties :

hN : rponse discrte N : nombre de fois que la rponse est sur-chantillonne.

Cette fonction permet de transformer une rponse continue du modle en rponse discrte. Elle fait correspondre chaque numro de position lamplitude de la rponse. Le problme est que le modle nest pas discrtis temps constant puisque les positions des diffrentes amplitudes ne sont pas rgulires. Elle ralise donc ensuite un modle discret avec cette fois un intervalle de temps constant entre les chantillons.

4) uwb_sv_eval_ct()

Cette fonction est une modification du programme initial uwb_sv_eval_ct() que lon a renomm uwb_sv_eval_ct_original().



33 sur 85

Paramtres :

num_channels : le nombre de ralisations alatoires souhaites ts : temps dchantillonnage cm_num : numro du modle de 1 4 pour uwb_sv_params() Sortie :

h : une matrice dont chaque colonne reprsente une ralisation alatoire continue du modle

Cette fonction utilise les fonctions cites prcdemment afin de calculer et afficher diverses informations statistiques sur le modle que nous navons pas exploit dans ce projet mais quil est possible dutiliser dans dautres tudes. Elle appelle uwb_sv_model_ct() pour obtenir les diffrentes ralisations quelle discrtise en utilisant uwb_sv_cnvrt_ct(). Elle ralise ensuite de nouveau une rponse continue du canal partir dune rponse discrtise temps constant.

b - Modle statistique des pertes Pour calculer les pertes lies la distance entre lantenne mettrice et lantenne rceptrice, il existe une formule tire des lois de propagation :

42,4log10)1( 100

+=

pid

mLLdB selon le milieu de propagation

fc

avec =

Seulement, le problme est que les systmes UWB nmettent pas sur une frquence

porteuse, donc est variable. Il fallait donc trouver un modle qui se rapprochait le plus possible de la ralit. On dmontre :

( )[ ] [ ][ ] SdmLL

dmLL

dmLL

dB

dB

dB

+=

+=

+=

100

10100

100

log10)1(log104log10)1(

4log10)1(

pi

pi

Avec = et ( )[ ] [ ] pi 1010 log104log10 =S



34 sur 85

Or daprs un article1, on peut dfinir comme une variable dpendante de lenvironnement et S=y* telle que soit une variable dpendante de lenvironnement et y soit une variable alatoire Gaussienne moyenne nulle et variance unitaire.

Les essais effectus1, ont donns les rsultats suivants :

Environnement )1(0 mL Los Commercial 43.7 2.07 2.3 Nlos Commercial 47.3 2.95 4.1 Los Rsidentiel 45.9 2.01 3.2 Nlos Rsidentiel 50.3 3.12 3.8 Tableau 3 : Caractristiques de lattnuation selon le type de canal

Nous avons donc programm ce modle dans la fonction Att().

Entre :

Sig : Signal a attnuer (vecteur) Paramtres :

d : Distance en mtres Env : Environnement (LOSR,NLOSR,LOSC,NLOSC,USDEF) Sortie :

SigAtt : Signal attnu

Elle fait appel au sous programme param_att(), qui sert paramtrer les valeurs de S=y* et , selon les valeurs donnes ci-dessus. Entre :

environnement : Type d'environnement (chane de caractre) LOSC : Line Of Sight Commercial

NLOSC : Non Line Of Sight Commercial LOSR : Line Of Sight Residential

NLOSR : Non Line Of Sight Residential USDEF : Dfinie par l'utilisateur en cas de nouvelles valeurs

Sorties : PL0 : Attnuation 1 mtre gam : variable dpendante de l'environnement de propagation S : Variable alatoire gaussienne moyenne nulle

1 - S.S. Ghassemzadeh, L.J. Greenstein, A. Kavi, T. Sveinsson, V. Tarokh, uwb Indoor Path Loss Model for Rsidential and Commercial Building ,2003



35 sur 85

c - Bruit Le bruit na pas fait lobjet dune fonction proprement parl, il est gnr par une fonction de Matlab, nomme randn(), puis additionn londe finale (avant la rception). Le bruit est un vecteur de variables alatoires Gaussiennes de moyenne nulle et de variance unitaire, nous avons donc ajout un coefficient ce bruit pour matriser son amplitude. De plus, nous avons ajout le calcul du rapport signal bruit. Finalement, ces deux calculs sont effectus au sein de la fonction, trans_canal().



36 sur 85

3 - Assemblage de la chane dmission et du canal de

rception

Cette fonction et prise en charge par trans_canal().

Entre : Datain : Donne (mots X bits en vecteur) Paramtre :

demod : dmodulation ou non Sorties :

Wave : Onde en sortie d'antenne Waveoutnoise : Onde en sortie de canal

Cette fonction permet de traiter les donnes, bit bit, envoyer au travers de la chane dmission et du canal. Elle permet aussi dafficher certains signaux tels que : onde en sortie dantenne dmission, onde en sortie du canal de S-V, onde en sortie du modle des pertes, onde en entre dantenne de rception (avec le bruit), PSD en entre du canal et PSD en sortie de canal.



37 sur 85

3 - Rception

a - La chane de rception

La chane de rception, Reception(), fonctionne de manire asynchrone, elle reoit en entre une onde, quelle dcoupe en une srie dondelettes , puis quelle traitera chacune bit bit. Pour enfin ressortir les donnes.

Entre :

WaveIn : Onde transmise par le canal de transmission (Vecteur Colonne) Parametres

Seuil : Seuil de dtection dun pulse (en Volts) Tf : dure dintgration (en nanosecondes)

Sortie : DataOut : Chane de bits

b Dcoupage

Aprs rception il faut traiter londe, pour cela nous avons dcid de la dcouper en plusieurs ondelettes chacune correspondant un motif (car nous connaissons la PRP et la priode dchantillonnage) pour enfin traiter chaque bit pas pas.

c Retard et multiplication



38 sur 85

La fonction Retard_mult() a pour effet de retarder limpulsion. Pour ce faire, nous avons tout simplement utilis une modulation du type PPM. Ensuite nous avons multipli limpulsion dorigine par limpulsion retarde, ce qui nous permet davoir en sortie soit une impulsion positive, soit une impulsion ngative. En effet, la deuxime impulsion du train multiplie par la premire donne le signe de limpulsion de sortie : car elles sont soit en phase, soit en opposition de phase (Modulation BPSK). Entre : SignalRecu : Signal correspondant un bit (dune dure gale la PRP) Paramtres : Delay : dlai du retard (en nanosecondes) Periodeech : Priode dchantillonnage (en ps) Sortie : Sig : Signal impulsionnel (Vecteur Colonne)

Figure 2 - Retard et multiplication pour un 0

transmis

Figure 3 - Retard et multiplication pour un 1

transmis

d Intgrateur

Lintgrateur intgre le signal en entre de la fonction par une somme directe. Pour ne pas prendre en compte le bruit, nous lui passons en paramtre le seuil partir duquel il faut considrer que lentre nest plus un bruit, aussi il faudra dfinir une dure dintgration pour ne pas intgrer le bruit suivant limpulsion et ainsi fausser les rsultats. Entre :

Sig : Signal (vecteur colonne)



39 sur 85

Paramtres : Seuil : Seuil (en Volts)

Tf : Dure dintgration (en nanosecondes) periodeech : Priode d'chantillonnage en ps Sortie :

Val : Valeur numrique de lintgrale (sans unit)

e Dcision (dtecteur de niveau)

La dcision se fait tout simplement en comparant la valeur en sortie de lintgrateur 0, si celle ci est suprieure 0, alors nous avons un 1, sinon nous avons un 0. Entre : Val : Valeur numrique (sans unit) Sortie : Data : Bit



40 sur 85

5 Chane globale

Afin de raliser la simulation dune chane de communication UWB lutilisateur doit remplir le fichier param() avec tous les paramtres ncessaires. Sorties :

demod: dmodulation ou non periodeech: priode d'chantillonnage en picosecondes

A: Amplitude de l'impulsion en Volts sgma: Sigma de l'impulsion en nanosecondes PRP: PRP du motif en nanosecondes freqcos: Frquence du cos en GHz ModulKind: Type de modulation :'ook','bpsk','ppm','dpim' Delay: Temps pour la 'ppm' et la 'dpim' en ns GainTrans: Gain de l'ampli d: Distance en mtre Env: Type d'environnement (chane de caractres)

LOSC : Line Of Sight Commercial NLOSC : Non Line Of Sight Commercial

LOSR : Line Of Sight Residential NLOSR : Non Line Of Sight Residential

USDEF : Dfinie par l'utilisateur cm_num: Caractristique du model S-V (1,2,3,4)

1 based on TDC measurements for LOS 0-4m 2 based on TDC measurements for NLOS 0-4m 3 based on TDC measurements for NLOS 4-10m 4 25 nsec RMS delay spread bad multipath channel

Seuil: Seuil partir duquel le signal est 'significatif' datain: Donne (mots X bits en vecteur) nbits: Nombre de bits crer Tf: Dure de l'intgration (en ns)

NAmp: Amplitude du bruit La chane de transmission sera simule en tapant la commande test dans Matlab, en ayant pralablement modifi les paramtres (voir ci-dessus). Cette fonction permet dafficher les donnes entres et les donnes reues.



41 sur 85

C - Simulation



42 sur 85

1 Essai initial

Paramtres de lmission et du canal Priode dchantillonnage = 5.0000 ps, Amplitude de l impulsion = 0.4000, Sigma de l impulsion = 0.0570 ns, PRP du motif = 100.0000 ns, Frquence du cos = 3.5000 GHz, Type de modulation : ppm, Temps pour la ppm et la dpim = 3.0000 ns, Gain de l ampli = 2.0000, Distance metteur/rcepteur = 10.0000 mtres

Model S-V Parameters Lam = 0.0667, lambda = 2.1000, Gam = 14.0000, gamma = 7.9000 std_ln_1 = 3.3941, std_ln_2 = 3.3941, NLOS flag = 1, std_shdw = 3.0000

Paramtres de lattnuation du canal Type d environnement : NLOSR, Attnuation 1 mtre = 50.3000, gamma = 3.1200, S=5.1256

SNR = 20.3383 BER = 0.6000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5-0.5

0

0.5

1

1.5Emission & Canal

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

Temps en ns

Puis

sanc

e

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

x 104

-4

-2

0

2

4x 10-3

Points

Puis

sanc

e

Donnes

Sortie du modele multi trajetsSortie d antenneSortie du canal sans bruits

Buffer



43 sur 85

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5-0.5

0

0.5

1

1.5 Bits mis

temps en ns

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5-0.5

0

0.5

1

1.5 Bits reus

temps en ns

Il est possible de remarquer que les performances sont assez mauvaises, en effet, nous

nous sommes placs dans de mauvaises conditions, NLOSR 10 m ce qui explique un BER4 de 60%

4 Bit Error Rate Taux de bits errons



44 sur 85

2 Conditions favorables

Paramtres de lmission et du canal Priode dchantillonnage = 5.0000 ps, Amplitude de l impulsion = 8.0000, Sigma de l impulsion = 0.2000 ns, PRP du motif = 100.0000 ns, Frquence du cos = 3.5000 GHz, Type de modulation : ppm, Temps pour la ppm et la dpim = 3.0000 ns, Gain de l ampli = 2.0000, Distance metteur/rcepteur = 2.0000 mtres Model S-V Parameters Lam = 0.0233, lambda = 2.5000, Gam = 7.1000, gamma = 4.3000 std_ln_1 = 3.3941, std_ln_2 = 3.3941, NLOS flag = 0, std_shdw = 3.0000 Paramtres de lattnuation du canal Type d environnement : LOSC, Attnuation 1 mtre = 47.3000, gamma = 2.0700, S=-1.0872 SNR = 119.1632 BER = 0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5-0.5

0

0.5

1

1.5Emission & Canal

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-4

-2

0

2

4

Temps en ns

Puis

sanc

e

0 0.5 1 1.5 2 2.5

x 104

-1

-0.5

0

0.5

1

Points

Puis

sance

Donnes

Sortie du modele multi trajetsSortie d antenneSortie du canal sans bruits

Buffer



45 sur 85

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5-0.5

0

0.5

1

1.5 Bits mis

temps en ns

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5-0.5

0

0.5

1

1.5 Bits reus

temps en ns

Dans ces conditions, nous voyons bien que la transmission est de loin meilleure que

prcdemment. Un facteur pouvant amliorer la communication est le seuil de dtection des bits, en effet,

dans les conditions cites ci dessus, il est possible de trouver un BER de 20% ou de 0% selon les valeurs de dtection :

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5-0.5

0

0.5

1

1.5 Bits mis

temps en ns

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5-0.5

0

0.5

1

1.5 Bits reus

temps en ns Figure 4 - BER de 0 % avec un seuil de dtection a

1.0E-14

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5-0.5

0

0.5

1

1.5 Bits mis

temps en ns

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5-0.5

0

0.5

1

1.5 Bits reus

temps en ns Figure 5 - BER de 20% avec un seuil de dtection

1.0E-22

Il faut trouver un compromis entre le seuil le plus lev et une dure dintgration plus

courte pour amliorer la dtection. En effet, plus le seuil est lev, meilleure est la dtection, cependant il faut raccourcir la dure dintgration ce qui dgrade sa qualit.

Un autre facteur damlioration du BER est la PRP en effet, dans les mmes conditions que

prcdemment nous passons dun BER de 0% un BER de 10 %



46 sur 85

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-0.5

0

0.5

1

1.5 Bits mis

temps en ns

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-0.5

0

0.5

1

1.5 Bits reus

temps en ns

Figure 6 - BER de 0 % avec une PRP de 100 ns

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-0.5

0

0.5

1

1.5 Bits mis

temps en ns

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-0.5

0

0.5

1

1.5 Bits reus

temps en ns Figure 7 - BER de 10 % avec une PRP de 20 ns

Une amlioration de notre systme pourrait tre denvisager un algorithme permettant de dfinir le seuil de dcision idal en fonction du SNR, de la PRP et de lamplitude lmission.



47 sur 85

Conclusion

Tout au long de ltude, nous avons pu voir les diffrentes faons de gnrer les signaux caractrisant les systmes UWB. Ainsi, il est possible de remarquer que linfluence de chaque paramtre est importante si bien quil suffit den changer un pour ne plus remplir les conditions dmission imposes par les organismes de rgulation. Il a aussi t vu quil existe plusieurs types de modulation, cependant, larchitecture de dmodulation asynchrone, impose une modulation de type BPSK.

Le canal de transmission pouvait tre modlis de plusieurs faons, mais le cahier des charges imposait une prise en compte des multi-trajets, ainsi il semblait appropri de choisir le modle de Saleh-Valenzuela modifi. De plus un modle statistique des pertes a t implment pour tenir compte de lattnuation lie la distance. Lajout du bruit a permis de se rapprocher le plus possible des conditions relles.

Larchitecture du dmodulateur est asynchrone. De ce fait, tous les types de modulation ne peuvent pas tre dmoduls. En outre, il serait judicieux dutiliser un algorithme afin de dterminer le seuil de dintgration pour amliorer la dtection des bits.

Sur le plan technique, nous avons acquis une certaine aisance dans lutilisation de Matlab

qui est un logiciel trs utilis en entreprise. Ce projet nous a aussi sensibilis aux concepts fondamentaux des tlcommunications. Cette exprience a t enrichissante sur le plan humain puisque venant des trois cursus diffrents (I3, I3S,I3T), nous avions donc chacun notre propre approche. Nous avons essay dutiliser les comptences de tous afin de mener bien cette tude sur les systmes UWB. De plus, nous avons dcouvert les dmarches exprimentales ncessaires tout travail dans le domaine de la recherche.



48 sur 85

Glossaire

BER : Bit Error Rate Taux de bits errons DSE : Densit spectrale dnergie HDR : High Data Rate (Haut dbit). LDR : Low Data Rate (Bas dbit). LOS : Line Of Sight (En ligne de vue). Masque : Le masque est le contour limitant la DSP dun signal. Motif : Cest le signal caractrisant un bit. Multi-Band : La bande UWB est dcompose en un certain nombre de petite bandes .

Multipath : Voir multi-trajets. Multi-Trajets : Les multi-trajets sont lies la rflexion, la diffraction et rfraction du signal sur les objets. Ex : NLOS : Non Line Of Sight (Pas en ligne de vue). PRP : Pulse Repetition Period (Priode de rptition des impulsions). PSD : Power Spectral Density (Densit spectrale de puissance).



49 sur 85

Single-Band : La totalit de la bande UWB est utilise (ex : les systmes que nous tudions).

WLAN : Wireless Local Area Network (Rseau local sans fil). Ex : WIFI. WPAN : Wireless Personal Area Network (Rseau personnel sans fil). Ex : Bluetooth. Zero padding : Augmentation de la taille dun vecteur par ajout de zros.



50 sur 85

Index des figures et tableaux

Figure 1: Illustration de la Bf Figure 2 : Doublet Gaussien Figure 3 : Exemples de systmes partageant la mme plage de frquence que lUWB Figure 4 : Illustration de la dfinition de la puissance crte Figures 5 et 6 : Masques de la bande spectrale dun systme UWB indoor et outdoor pour les applications de

communication imposs par la FCC Figure 7 : Masque des bandes spectrales que doit vrifier un systme UWB suivant diffrents organismes de

normalisation Figure 8 : Rponse impulsionnelle du canal Figure 9 : Dcroissance exponentielle des puissances des paquets et des trajets Figure 10 : Impulsion la sortie du gnrateur d'impulsion Figure 11 : Impulsion Gaussienne Simple Figure 12 : Drive d'ordre 5 d'une impulsion Gaussienne Figure 13 : Cosinus fentr par une impulsion Gaussienne Figure 14 : DSE d'un cosinus fentr par une impulsion Gaussienne (Frquence du cosinus = 0.7GHz),

Sigma=0.8 ns Figure 15 : DSE d'une impulsion drive d'ordre 5 d'une Gaussienne, Sigma=0.8 Figure 16 : Sigma = 0.8, PRP = 15 et Frquence = 0.8 GHz Figure 17 : Sigma = 0.2, PRP = 15 et Frquence = 0.8 GHz Figure 18 : Sigma = 0.8, PRP = 15 et Frquence = 0.8 GHz Figure 19 : Sigma = 0.8, PRP = 100 et Frquence = 0.8 GHz Figure 20 : Sigma = 0.8, PRP = 15 et Frquence = 0.8 GHz Figure 21 : Sigma = 0.8, PRP = 15 et Frquence = 2 Ghz Figure 22 : Modulation OOK pour le mot [1,0] et une PRP de 30 ns Figure 23 : Modulation BPSK pour le mot [1,0] et une PRP de 30 ns Figure 24 : Modulation DPIM pour le mot [1,0], une PRP de 30 ns et un dcalage de 10 ns Figure 25 : Modulation PPM pour le mot [1,0], une PRP de 30 ns et un dcalage de 10 ns

Tableau 1 : Comparaison des systmes de transmission existants Tableau 2 : Caractristiques du modle S-V modifi selon le type de canal Tableau 3 : Caractristiques de lattnuation selon le type de canal



51 sur 85

Annexes



52 sur 85

Annexe A : Simulation de la chane totale Conditions Idales :

Paramtres de lmission et du canal Priode dchantillonnage = 10.0000 ps, Amplitude de l impulsion = 8.0000, Sigma de l impulsion = 0.2000 ns, PRP du motif = 200.0000 ns, Frquence du Cos = 3.2000 GHz, Gain de l ampli = 2.0000, Distance metteur/rcepteur = 4.0000 mtres Model S-V Parameters Lam = 0.0233, lambda = 2.5000, Gam = 7.1000, gamma = 4.3000 std_ln_1 = 3.3941, std_ln_2 = 3.3941, NLOS flag = 0, std_shdw = 3.0000 Paramtres de lattnuation du canal Type d environnement : LOSC, Attnuation a 1 mtre = 47.3000, gamma = 2.0700, S=-2.7018

Avec de telles conditions nous obtenons un Rapport Signal Bruit (RSB ou SNR) de 11.0033 Et un BER de 14%

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000-0.5

0

0.5

1

1.5 Bits mis

temps en ns

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000-0.5

0

0.5

1

1.5 Bits reus

temps en ns



53 sur 85

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000-6

-4

-2

0

2

4

6x 10-6 Onde l"entre du dmodulateur

Temps en ns

Ampl

itude

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000-3

-2

-1

0

1

2

3x 10-11 Signal la sortie du Retardateur/Multiplieur

Temps en ns

Ampl

itude

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200-6

-4

-2

0

2

4

6

8

temps en ns

Ampl

itude

en

Vo

lts

100 101-50

-40

-30

-20

-10

0

Frquence GHz

DSE

dB




54 sur 85

Annexe B : Sources

Les sources* sont donnes par ordre alphabtique :

AmpliTrans.m AntenneRec.m AntenTrans.m

Att.m Decision.m Gauss.m

impulsiongen.m Integrateur.m

Modul.m modulcos.m

Param.m param_att.m Reception.m

Retard_mult.m test.m

Trans_canal.m TransChain.m

uwb_sv_cnvrt_ct.m uwb_sv_eval_ct.m

uwb_sv_eval_ct_original.m uwb_sv_model_ct.m

uwb_sv_param.m

* Certaines fonctions utilisent la procdure daffichage des masques programme par D. MARCHALAND



55 sur 85

AmpliTrans.m

function [SigOut]= AmpliTrans(Sig,GainTrans) % Fonction amplifiant et filtrant le signal modul % % function [SigOut]= AmpliTrans(Sig,GainTrans) % Entrees: Sig: signal amplifier et moduler (vecteur colonne) % GainTrans: gain de l'amplificateur % Sortie: SigOut: Signal amplifie et filtre (vecteur) %----- Amplification SigOut=GainTrans*Sig; %----- Filtrage SigOut = 1*SigOut; %Filtre a ajouter



56 sur 85

AntenneRec.m

function [SignalRecu] = AntenneRec(OndeRecue) % function [SignalRecu] = AntenneRec(OndeRecue); % Antenne de reception simple Sortie=Entre % Entre : % OndeRecue ==> Onde la sortie du canal % Sortie : % SignalRecu ==> Signal la sortie de l'antenne SignalRecu = OndeRecue;



57 sur 85

AntenTrans.m

function [Wave]= AntenTrans(Sig)

% Fonction modlisant l'antenne d'mission % % function [Wave]= AntenTrans(Sig) % Entree: Sig: signal mettre (vecteur colonne) % Sortie: Wave: Onde mise (vecteur) Wave = diff(Sig); % Drive point par point du signal Wave = [Wave ; Wave(length(Wave))]; % Pour ne pas perdre d'echantillons car la % derive enlve 1/2 point avant et 1/2 point aprs



58 sur 85

Att.m

function [SigAtt]=Att(Sig,d,Env) %Fonction attnuant l'onde % %function [SigAtt]=Att(Sig,d,Env) %Entres: Sig: Signal attenuer (vecteur) % d: Distance en mtres % Env: Environnement (LOSR,NLOSR,LOSC,NLOSC,USDEF) %Sorties: SigAtt: Signal attenu % Chargement des paramtres selon le type d'environnement [PL0,gam,S]=param_att(Env); % Affichage des paramtres fprintf(1,['Parametres de l attenuation du canal\n' ... ' Type d environnement : %s,\n' ... ' Attenuation a 1 metre = %.4f, gamma = %.4f, S=%.4f \n'], ... Env,PL0,gam,S); % Attnuation du signal selon le modle suivant SigAtt=Sig*10^(-(PL0+10*gam*log10(d)+S)/10);



59 sur 85

Decision.m

function [Data] = Decision(Val) % [Data] = Decision(Val); % Fonction de dcision du bit % Entre Val : Scalaire % Sortie Data : 1 ou 0 if (Val>0) Data = 1; else Data = 0; end



60 sur 85

Gauss.m function [St,t,Sf,f] = gauss(A,sgma,nd,Npts,argin1,argin2,argin3) % function [St,t,Sf,f] = gauss(A,sgma,nd,Npts,[Tmin,Tmax,Fmax]) % % Genere une fonction gaussienne avec les parametres suivants : % - A : amplitude de la fonction % - sgma : parametre de la gaussienne % - nd : ordre de la derivee de la gausienne % - Npts : nombre de points pour la fonction % --> Options % - Tmin / Tmax : plage de calcul de l'impulsion temporelle % - Fmax : frequence maximale pour le calcul du spectre % % Output de la fonction "gauss" % - St : allure temporelle du signal % - t : base de temps du signal % - Sf : spectre en amplitude normalise du signal (en dB) % - f : base de frequence du signal if nargin == 4, Fmax = 1/sgma; t = linspace(-10*sgma,10*sgma,Npts); elseif nargin == 5, Fmax = argin1; t = linspace(-10*sgma,10*sgma,Npts); elseif nargin == 6, Fmax = 1/sgma; Tmin = argin1; Tmax = argin2; t = linspace(Tmin,Tmax,Npts); elseif nargin == 7, Fmax = argin3; Tmin = argin1; Tmax = argin2; t = linspace(Tmin,Tmax,Npts); else error('Erreur dans les parametres'); end G0 = 1/(sqrt(2*pi)*sgma)*exp(-t.^2/(2*sgma^2)); G1 = -t/(sqrt(2*pi)*sgma^3).*exp(-t.^2/(2*sgma^2)); if nd == 0, St = A*G0/max(abs(G0)); elseif nd == 1, St = A*G1/max(abs(G1)); else Gn = zeros(nd+1,Npts); Gn(1,:) = G0; Gn(2,:) = G1; for i=3:nd+1, Gn(i,:) = -(i-2)/(sgma^2)*Gn(i-2,:)-t/(sgma^2).*Gn(i-1,:); end St = A*Gn(nd+1,:)/max(abs(Gn(nd+1,:))); end f = linspace(0,Fmax,Npts);

Sf = 20*log10((2*pi*f).^nd.*exp(-(2*pi*f*sgma).^2/2)/max(((2*pi*f).^nd.*exp(-(2*pi*f*sgma).^2/2))));



61 sur 85

impulsiongen.m

function [impulsion,t] = impulsiongen(A,sgma,PRP,freqcos,periodeech) %Gnrateur d'une impulsion Gaussienne % Utilisation : % [impulsion,t] = impulsiongen(A,sgma,PRP,freqcos,periodeech); % Entres : % A : Amplitude du motif (en Volts) % sgma : Paramtre Sigma de l'impulsion Gaussienne (en ns) % PRP : Priode de rptition des Pulses (en ns) % freqcos : frquence du cosinus (en GHz) % periodeech: Priode d'echantillonnage (en ps) % Sorties : % impulsion : vecteur colonne dcrivant l'impulsion sur % 'tailltotale' points. % t : Base de temps tailleimpulsion = round(10*sgma/(periodeech*0.001)); nbpointmotif = round(PRP/(periodeech*0.001)); % Cration du vecteur impulsion = zeros(nbpointmotif,1); %dfinition des bornes de fentrage Tcosmin = -5*sgma; Tcosmax = 5*sgma; % Cration de la sinusoide fentre [Stfin,t] = modulcos(A,sgma,tailleimpulsion,Tcosmin,Tcosmax,freqcos); % Remplissage du vecteur for I=1:tailleimpulsion impulsion(I)=Stfin(I); end t=linspace(0,PRP,nbpointmotif); FreqEchPSD=1E3/periodeech; % Calcul de la PSD [Pxx,F] = psd(impulsion,length(impulsion),FreqEchPSD,boxcar(length(impulsion))); % Dfinition des masques FCC FCC_out_f = [0.9 0.96 0.96 1.61 1.61 1.99 1.99 3.1 3.1 10.6 10.6 20]; FCC_out_P = [-41.3 -41.3 -75.3 -75.3 -63.3 -63.3 -61.3 -61.3 -41.3 -41.3 -61.3 -61.3]; FCC_in_f = [0.9 0.96 0.96 1.61 1.61 1.99 1.99 3.1 3.1 10.6 10.6 20]; FCC_in_P = [-41.3 -41.3 -75.3 -75.3 -53.3 -53.3 -51.3 -51.3 -41.3 -41.3 -51.3 -51.3]; f = linspace(0.9,20,51); P15 = -41.3*ones(1,51);



62 sur 85

% Passage en Db P15 = P15 +41.3*ones(1,length(P15)); FCC_out_P = FCC_out_P +41.3*ones(1, length(FCC_out_P)); FCC_in_P = FCC_in_P +41.3*ones(1, length(FCC_in_P)); figure(1); subplot(211); plot(t,impulsion); grid; % Affichage de l'impulsion xlabel('temps en \bf ns'); ylabel('Amplitude en \bf Volts'); subplot(212); semilogx(f,P15,'k-.',FCC_out_f,FCC_out_P,'m',FCC_in_f,FCC_in_P,'r',F,10*log10(Pxx)); grid

% Affichage de la PSD

xlabel('Frquence \it GHz'); ylabel('DSE \bf dB'); legend('Part 15','FCC Outdoor mask','FCC Indoor mask','Impulsion'); axis([0.9 20 -50 0]);



63 sur 85

Integrateur.m

function [Val] = Integrateur(Sig,Seuil,Tf,periodeech) % [Val] = Integrateur(Sig,Seuil,Tf,periodeech) % Intgre le signal ds qu'il dpasse Seuil, et ce, sur la dure Tf % Entres : % Sig ==> Signal Integrr % Seuil ==> Seuil partir duquel le signal est 'significatif' % Tf ==> Dure de l'integration (en ns) % periodeech ==> Priode d'chantillonage en ps % Sorties : % Val ==> Valeur de l'intgrale n = length(Sig); Val = 0; longueur = round(Tf*1000/periodeech); I=1; debut = 1; % Recherche de la position du seuil while ((I



64 sur 85

Modul.m

function [SigOut]=Modul(Data, Pulse, Kind, Delay, periodeech) % Fonction modulant l'impulsion en fonction des donnes % %function [SigOut]=Modul(Data, Pulse, Kind, Delay, periodeech) % Entres: Data : Donne moduler (1 bit) % Pulse : Impulsion (vecteur colonne) % Kind : Type de modulation souhaite: 'ook','bpsk','ppm','dpim' % Delay: Temps de dcalage (chiffre en ns) % periodeech: Priode d'chantillonnage (en picosecondes) % Sortie: SigOut: Motif modul (vecteur) n=length(Pulse); % Taille de l'impulsion if Data==1 % La donne "1" est inchange quelque soit la modulation SigOut=Pulse; elseif Data==0 switch(Kind) % Type de modulation case 'ook', % Modulation OOK (OnOffKeying) SigOut=zeros(n,1); % Annulation du motif case 'ppm', % Modulation PPM (Pulse Position Modulation) echsup=round(1000*Delay/periodeech); % Nombre d'chantillons dplacer SigOut=[Pulse(n-echsup+1:n);Pulse(1:n-echsup)]; % Dcalage de l'impulsion dans le motif case 'bpsk' , % Modulation BPSK (Binary Phase Shift Keying) SigOut=-Pulse; % Opposition du motif case 'dpim' , % Modulation DPIM (Digital Pulse Interval Modulation) echsup=round(1000*Delay/periodeech); % Nombre d'chantillons supprimer SigOut=Pulse(1:n-echsup); % Troncature du motif otherwise, error('Modulation doesn t exists'); end else % Donnes non binaires error('Data problems'); end



65 sur 85

modulcos.m function [Stfin,t] = modulcos(A,sgma,Npts,Tcosmin,Tcosmax,freq) % [Stfin,t] = modulcos(A,sgma,Npts,Tcosmin,Tcosmax,freq); %Gnre une Impulsion partir de la multiplication d'une Gaussienne et %d'un signal Sinusoidal. % Entres : % A = Amplitude Maximale % sgma = Position du Max % Npts = Nombre de points calculer % Tcosmin = Borne infrieure de la fentre du cosinus % Tcosmax = Borne suprieure de la fentre du cosinus % freq = Frquence du cosinus % Sortie : % Stfin = Signal de sortie % t = Base de temps nd=0; % Cration de la Gaussienne [St,t,Sf,f] = gauss(A,sgma,nd,Npts); % Cration de la sinusoide a=1*cos(2*pi*freq*t); % Multiplication des deux signaux Stfin = St.*a;



66 sur 85

Param.m function [demod,periodeech,A,sgma,PRP,freqcos,ModulKind,Delay,... GainTrans,d,Env,cm_num,Seuil,datain,nbits,Tf,NAmp]=param(); %Fichier permettant de dfinir les paramtres ncessaires la simulation de la chaine d'mission % %function [demod,periodeech,A,sgma,PRP,freqcos,ModulKind,Delay,... % GainTrans,d,Env,cm_num,Seuil,datain,nbits,Tf,NAmp]=param(); %Sorties: demod: dmodulation ou non % periodeech: priode d'chantillonage en picoseconds % A: Amplitude de l'impulsion en Volts % sgma: Sigma de l'impulsion en nanoseconds % PRP: PRP du motif en nanoseconds % freqcos: Frquence du cos en GHz % ModulKind: Type de modulation :'ook','bpsk','ppm','dpim' % Delay: Temps pour la 'ppm' et la 'dpim' en ns % GainTrans: Gain de l'ampli % d: Distance en mtre % Env: Type d'environnement (chaine de caractres) % LOSC : Line Of Sight Commercial % NLOSC : Non Line Of Sight Commercial % LOSR : Line Of Sight Residential % NLOSR : Non Line Of Sight Residential % USDEF : Definie par l'utilisateur % cm_num: Caracteristique du model S-V (1,2,3,4) % 1 based on TDC measurements for LOS 0-4m % 2 based on TDC measurements for NLOS 0-4m % 3 based on TDC measurements for NLOS 4-10m % 4 25 nsec RMS delay spread bad multipath channel % Seuil: Seuil partir duquel le signal est 'significatif' % datain: Donne (mots X bits en vecteur) % nbits: Nombre de bits crer % Tf: Dure de l'integration (en ns) % NAmp: Amplitude du bruit on=1;off=0; periodeech=10; % Priode d'chantillonage en picoseconds %-----Choix des donnes % Soit : nbits=10; % Nombre de bits datain=(sign(randn(nbits,1))+1)/2; % Srie aleatoire de bits % Soit : % datain=[0;1;0;0;1;1;1;0;0;0;0;1;0;1;0;0;1;1;;0;0;1]; % Dones % nbits=length(datain); % Taille dumot de donnes



67 sur 85

%-----Configuration du motif A=8; % Amplitude de l'impulsion en Volts sgma=0.2; % Sigma de l'impulsion en nanoseconds PRP=100; % PRP du motif en nanoseconds freqcos=3.2; % Frquence du cos en GHz %------configuration de la modulation demod=on; % Dmodulation on ou off ModulKind='ppm'; % Type de modulation :'ook','bpsk','ppm','dpim' Delay=3; % Temps pour la 'ppm' et la 'dpim' en ns %----configuration de l'ampli/Filtre d'mission GainTrans=2; % Gain de l'ampli %----configuration du canal d=4; % Distance entre l'metteur et le recepteur en mtre Env='LOSC'; % Type d'environnement (chaine de caractres) % LOSC : Line Of Sight Commercial % NLOSC : Non Line Of Sight Commercial % LOSR : Line Of Sight Residential % NLOSR : Non Line Of Sight Residential % USDEF : Definie par l'utilisateur cm_num = 1; % Caractristiques du modele S-V % 1 based on TDC measurements for LOS 0-4m % 2 based on TDC measurements for NLOS 0-4m % 3 based on TDC measurements for NLOS 4-10m % 4 25 nsec RMS delay spread bad multipath channel NAmp=2e-9; % Amplitude du bruit %----configuration de la rception Seuil=1e-8; % Racine carre du Seuil de dbut d'intgration Tf = 20*sgma; % Dure d'intgration en ns



68 sur 85

param_att.m function [PL0,gam,S]=param_att(environment) % Fonction permettant de paramtrer le modele d'attnuation en fonction de % l'environnement. % %function [PL0,gam,S]=param_att(environment) % Entree : environment : Type d'environnement (chaine de caractere) % LOSC : Line Of Sight Commercial % NLOSC : Non Line Of Sight Commercial % LOSR : Line Of Sight Residential % NLOSR : Non Line Of Sight Residential % USDEF : Dfinie par l'utilisateur % Sortie: PL0: Attenuation a 1 metre % gam: variable dependante de l'environnement de propagation % S: Variable aleatoire gaussienne a moyenne nulle switch(environment) case 'LOSC', PL0=47.3; gam=2.07; S=2.3*randn(1); case 'NLOSC', PL0=43.7; gam=2.95; S=4.1*randn(1); case 'LOSR', PL0=45.9; gam=2.01; S=3.2*randn(1); case 'NLOSR', PL0=50.3; gam=3.12; S=3.8*randn(1); case 'USDEF', % Valeurs choisir par l'utilisateur PL0=50.3; gam=3.12; S=3.8*randn(1); otherwise error('environment doesn t exists'); end



69 sur 85

Reception.m function [DataOut] = Reception(WaveIn,Seuil,Tf) % [DataOut] = Reception(WaveIn,Seuil,Tf); % Dmodulateur permettant de restituer les bits provenant du canal % Entre : WaveIn ==> Onde Arrivant du canal de transmission % Sortie : Data ==> Chaine de bits (0/1) % Chargement des paramtres [demod,periodeech,A,sgma,PRP,freqcos,ModulKind,Delay,... GainTrans,d,Env,cm_num,Seuil,datain,nbits,Tf,NAmp]=param; n = length(WaveIn); I = 1; J = 1; % Niveau antenne Wave = AntenneRec(WaveIn); prppts = PRP*1000/periodeech; nbits = round(n/prppts); % Cration d'un vecteur qui contiendra un motif WaveDecoupe = zeros(prppts,1); % Traitement bit bit for I=1:nbits, % Dcoupage WaveDecoupe(:) = Wave(1+prppts*(I-1):prppts*I); % Etage retardateur et multiplicateur Sig = Retard_mult(WaveDecoupe,Delay,periodeech); Sig2(1+prppts*(I-1):I*prppts) = Sig; % Etage intgrateur Val = Integrateur(Sig,Seuil,Tf,periodeech); % Etage de dcision Data(I) = Decision(Val); end % Cration des crneaux pour l'affichage des bits DataOut = zeros(prppts*nbits,1); for I=0:(nbits-1), DataOut(I*prppts+1:(I+1)*(prppts))=Data(I+1); end t = linspace(0,nbits*PRP,length(Wave)); figure(5); subplot(211); plot(t,Wave); title('Onde l"entre du dmodulateur'); xlabel('Temps en ns'); ylabel('Amplitude'); subplot(212); plot(t,Sig2); title('Signal la sortie du Retardateur/Multiplieur'); xlabel('Temps en ns'); ylabel('Amplitude');



70 sur 85

Retard_mult.m function [Sig]= Retard_mult(SignalRecu,Delay,periodeech) % [Sig]= Retard_mult(SignalRecu,Delay,periodeech); % Creation d'un retard necessaire pour la dmodulation Asynchrone % Entres : % SignalRecu ==> Signal retarder (vecteur colonne) % Delay ==> Dlai du retard (en ns) % periodeech ==> Priode d'chantillonage (en ps) % Sortie : % Sig ==> Signal retard et multipli (vecteur colonne) [SigDel]=Modul(0, SignalRecu, 'ppm', Delay, periodeech); % Cration du retard Sig = SigDel.*SignalRecu; % Multiplication du signal Recu par ce meme signal retard



71 sur 85

test.m clear; % Remise zro des variables echo off ; % Empeche l'affichage warning off all; % Empeche l'affichage des 'warning' [demod,periodeech,A,sgma,PRP,freqcos,ModulKind,Delay,... GainTrans,d,Env,cm_num,Seuil,datain,nbits,Tf,NAmp]=param; % Chargement des paramtres [Wave,WaveOut]=trans_canal(datain,demod); % Traitement ds donnes par la chaine d'mission et le canal DataOut = Reception(WaveOut,Seuil*Seuil,Tf); % Traitement des donnes par la chaine de reception % Dfinition d'une base de temps pour l'affichage des bits prppts = PRP*1000/periodeech; for I=0:(nbits-1), DataIn(I*prppts+1:(I+1)*(prppts))=datain(I+1); end t = linspace(0,nbits,length(DataIn)); figure(6); subplot(211); % Affichage des donnes entres plot(t,DataIn); title('\bf Bits mis'); xlabel('temps en ns'); axis([0,t(prppts*nbits),-0.5,1.5]); subplot(212); % Affichage des donnes reues plot(t,DataOut); title('\bf Bits reus'); xlabel('temps en ns'); axis([0,t(prppts*nbits),-0.5,1.5]); % Calcul et affichage de la BER temp = DataIn-DataOut'; BER = sum(abs(temp))/(length(DataIn))



72 sur 85

Trans_canal.m function [wave,waveoutnoise]=trans_canal(Datain,demod) % Fonction permettant de reconstituer la chaine d'mission et le canal a % partir du traitement bit a bit de chaque partie (transchain et % uwb_sv_eval_ct) % %function [wave,waveoutnoise]=trans_canal(Datain,demod) % Entres: demod : dmodulation ou non % Datain : Donne (mots X bits en vecteur) % Sorties: Wave: Onde en sortie d'antenne % waveoutnoise: Onde en sortie de canal [demod,periodeech,A,sgma,PRP,freqcos,ModulKind,Delay,... GainTrans,d,Env,cm_num,Seuil,datain,nbits,Tf,NAmp]=param; % Chargement des paramtres de la chaine d'mission et du canal % Affichage des paramtres fprintf(1,['Parametres de l emission et du canal\n' ... ' Periode d echantillonnage = %.4f ps, \n' ... ' Amplitude de l impulsion = %.4f, Sigma de l impulsion = %.4f ns,\n

EL-I3_projet_UWB_2

Documents

Transcript of EL-I3_projet_UWB_2