MAGISTER - univ-setif.dz · PDF fileAWGN . Additive White Gaussian Noise . BER . Bit Error...

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  • MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

    UNIVERSITE FERHAT ABBAS SETIF1-

    MEMOIRE

    Prsent la Facult de Technologie Dpartement d'Electronique

    Pour lobtention du Diplme de

    MAGISTER

    Option: Communication

    Par

    Mr. MEHASSOUEL Mustapha

    THEME

    APPLICATION DE LA TECHNOLOGIE MIMO

    A LA 4G DU MOBILE

    Soutenu le /12 /2014 devant la commission dexamen :

    Mr. ZIET. LAHCEN M.C.A luniversit de Setif Prsident Mr. DJAHLI. FARID Prof luniversit de Setif Rapporteur Mr. SLIMANI. DJAMEL M.C.A luniversit de Setif Examinateur Mr. BOUKEZZOULA. NASREDDINE M.C.A luniversit de Setif Examinateur

  • Je tiens adresser mes vifs remerciements monsieur Professeur F. Djahli, mon directeur du

    mmoire pour mavoir propos ce thme et pour ses prcieux conseils.

    Mes sincres remerciements sadressent galement monsieur L.ZIET pour mavoir honor et

    accepter de prsider le jury de ce mmoire. Je tiens aussi remercier messieurs D.SLIMANI

    Matre de confrence luniversit de setif et M.N.BOUKEZZOULA Maitre de confrence

    luniversit de setif pour avoir accept de faire partie du jury pour examiner ce travail.

    Mes remerciement les plus sincres sadressent tous ceux qui mont aid et encourag pour

    accomplir ce travail, particulirement mes chres parents et tous mes frres et surs et mes

    amis.

    Remerciements

  • Sommaire

    Introduction gnrale 1

    1.1. Introduction...3

    1. 2. Chane de transmission numrique..3

    1. 2.1. Support de transmission5

    1. 2.2. Modulations numriques..... 6

    1. 2.2.1. Modulation numriques classiques..7

    1. 2.2.2. Modulation damplitude en quadrature MAQ) ..8

    1. 3. Canaux de transmission.11

    1. 3.1. Canal binairesymtrique11

    1. 3.2. Canal bruit additif blanc gaussien12

    1. 4. Perturbations du canal..12

    1. 4.1. Bruit radio-lectrique..12

    1. 4.2. Affaiblissement grande chelle (Large scale fading)...13

    1. 4. 3. Evanouissement moyennechelle...13

    1. 4.4. Evanouissement petite chelle...13

    1.5. Dfinition de ltalement emporel.16

    1.6. Effet Doppler..17

    1.7. Trajets multiples.17

    1.8. Performance en termes derreurs binaire.21

    1.9. Rapport signal sur bruit RSB)22

    1 .10 onclusion...23

    2.1. Introduction.24

    2.2. Evolution des systmes mobiles avant le TE ;25

    Chapitre II : Prsentation de la 4G Mobile

    Chapitre I : Les transmissions numriques

  • 2.2.1. Premire standardisation de la3G.25

    2.2.2. Evolution long terme : TE ;26

    2.2.3. Principales caractristiques du systme LTE28

    2.3. Interface radio du systme LTE..29

    2.3.1. OFDM...........................................................................................................................30

    2.3.2. Chaine de transmission OFDM.32

    2.3.3. SC-FDMA.33

    2.3.3.1. PAPR.....35

    2.3.4. Concept du CP..36

    2.3.5. Allocation de ressources...37

    2.4. Structure des ressources de transmission du LTE.. ...38

    2.4.1. Structure de la trame en mode FDD.....38

    2.4.2. Structure de la trame en mode TDD.....40

    2.5. Architecture du systme LTE....42

    2.5.1. Equipement utilisateur (UE).....43

    2.5.2. E-UTRAN.44

    2.5.2.1. eNodeB....44

    2.5.3. EPC......45

    2.5.3.1. S-GW...............................................................................................................45

    2.5.3.2. P-GW....46

    2.5.4. MME..46

    2.6. Les canaux physiques....47

    2.6.1. Canaux de la liaison descendante...47

    2.6.2. Canaux de la liaison montante....48

    2.7. Les canaux logiques....48

    2.7.1. Les canaux logiques de contrle...49

    2.7.2. Les canaux logiques du trafic...49

  • 2.8. Les canaux de transport......49

    2.8.1. Les canaux de transport descendant (Downlink transport channels).49

    2.9. Modulation..51

    2.10. Piles de protocoles....52

    2.10.1. Couche1....53

    2.10.2. Couche2....54

    2.10.2.1. MAC....54

    2.10.2.2. RLC..54

    2.10.3. Couche 3.....56

    2.10.3.1. PDCP....56

    2.10.3.2. RRC...56

    2.10.3.4. Protocoles NAS ...57

    2.11. Interfaces ..57

    2.11.1. Interface Uu......57

    2.11.2. Interface X2......57

    2.11.3. Interface S1...57

    2.11.4. Interface S3...57

    2.11.5. Interface S4...57

    2.11.6. Interface S5...58

    2.11.7. Interface S6a......58

    2.11.8. Interface S11..58

    2.11.9. Interface Sgi...58

    2.12. Signaux de rfrences...58

    1.13. Conclusion....59

    3.1. Introduction.60

    Chapitre III : Dveloppement de la technologie MIMO

  • 3.2. Introduction des systmes multi-antennaires..61

    3.3. Modlisation des systmes multi-antennaires.64

    3.3.1. SIMO....64

    3.3.2. MISO....64

    3.3.3. MIMO...65

    3.4. Capacits.66

    3.4.1. Capacit du systme SISO66

    3.4.2. Capacit du canal MIMO dterministe.67

    3.4.2.1. Dcomposition du canal H en valeurs singulires...67

    a. Capacit du canal lorsque le CSI est connu au niveau de lmetteur.68

    b. Capacit du canal MIMO en absence du CSI72

    3. 4.3. Capacit du canal SIMO...73

    3. 4.4. Capacit du canal MISO...74

    3. 4.5. Capacit du canal MIMO alatoire...74

    3. 4.6. Capacit de coupure (outage capacity)75

    3. 5. Rcepteurs utiliss.....75

    3. 5.1. Forage Zro...75

    3. 5.2. Minimisation de lerreur quadratique moyenne....76

    3. 5.3. Maximum de vraisemblance...76

    3. 5.4. Annulations successives dinterfrences ordonnes77

    3. 6. Les prcodeurs...78

    3. 6.1.1. Diagonalisation dun canal MIMO..79

    3. 6.1.2. Blanchiment du bruit...81

    3. 6.1.3. Diagonalisation du canal.....82

    3. 6.1.4. Rduction de dimension...83

    3. 6.2. Description de prcodeurs......84

    3.6.2.1. Prcodeur Water Filling.84

  • 3. 6.2.2. Prcodeur minimisation de lerreur quadratique moyenne...86

    3. 6.2.3. Prcodeur qualit de service.....87

    3. 6.2.4. Prcodeur erreur gale......88

    3.6.2.5. Prcodeur max-SNR...88

    3.7. Conclusion......89

    4.1. INTRODUCTION.....90

    4.2. MIMO dans les standards 3GPP.90

    4.3. Les techniques de transmission...92

    4.3.1. Boucle ferme Boucle ouverte...92

    4.3.2. Nombre dutilisateurs programms simultanment..92

    4.3.3. Adaptation du lien (LA) base de lAMC....................................................................93

    4.4. Mappage codeword-couche....95

    4.4.1. Dfinitions.....95

    4.5. Le rapportage....98

    4.5.1. Indicateur de qualit du canal (CQI)....99

    4.5.2. Indicateur de Rang (RI ).......99

    4.5.3. Index de la matrice de Prcodage (PMI)....100

    4.6. Modes de transmission des systmes MIMO dans le sens descendant(DL).....100

    4.6.1. Nombre de flux de donnes....100

    4.6.2. A base de RSB....100

    4.6.3. A base de dbit utilisateur unique...101

    4.6.4. A base de dbit multiutilisateur......101

    4.7. Diversit en transmission..103

    4.8. Prcodage pour MIMO LTE.106

    4.8.1. Prcodage pour la transmission sur un seul port dantenne107

    Chapitre VI : Introduction de la technologie MIMO la 4G du Mobile

  • 4.8.2. Prcodage pour le multiplexage spatial......107

    4.8.3. Multiplexage spatiale avec boucle ouverte base de prcodeur....109

    4.8.4. Prcodage base de codebook111

    4.8.4.1. Procdure....111

    4.8.4.2. Codebook pour une transmission 2Tx......113

    4.9. LES SYSTEMES MIMO MULTI-UTILISATEURS (MU-MIMO)....113

    4.9.1. Dfis des systmes MU-MIMO...115

    4.9.2. Modle du systme......115

    4.9.2.1. Modle canal non corrl...116

    4.9.2.2. Modle du canal corrl.117

    4.9.3. Lordonnanceur Proportional Fair (PF scheduler)...117

    4.9.4. FORMULATION DE LA CAPACITE MU-MIMO...118

    4.9.4.1. Rcepteur MMSE.....119

    4.9.4.2. Calcul du CQI....................................................................................................120

    4.9.4.3. Procedure.......121

    4.10. Conclusion......124

    5.1. Capacit du Canal MIMO.125

    5.2. Performance du systme MIMO basculement adaptif...130

    5.3. Performance du system MIMO-MU.132

    Chapitre V : Rsul