OFDM : Orthogonal Frequency Division...
Transcript of OFDM : Orthogonal Frequency Division...
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Nathalie Thomas
IRITENSEEIHTNathalieThomasenseeihtfr
2019 - 2020
Plan du cours
bull La modulation OFDM
rarr Contexte
rarr Geacuteneacuteration et reacuteception drsquoun signal OFDM
rarr Principaux problegravemes synchronisation facteur de crecircte eacuteleveacute
bull Des exemples drsquoapplication dans
rarr Les reacuteseaux locaux sans fil (IEEE80211a g n ac ah)
rarr Les reacuteseaux meacutetropolitains sans fil (IEEE80216d e)
rarr La teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (DVB-T DVB-T2) et la radio numeacuterique (DAB)
rarr Les modems xDSL
rarr Les courants porteurs en ligne (CPL)
rarr 4G (LTE) 5G
OFDM Contexte
| C(f) |
f
| C(f) |
f
Canal hertzien terrestre Canal teacuteleacutephonique
ISI = 2 symboles
S1
S2
S3 S1
S2
S3
Exemple
c(t)
t0
a0 a1a2
bull Canaux de transmissions seacutelectifs en freacutequences
rarr Paramegravetre Bande de coheacuterence du canal
bull Interfeacuterence entre symboles
rarr Paramegravetre Eacutetalement maximal des retards
tmax
Transmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-20
10-10
100
1010
PSD of the transmitted image (SRRC shaping)
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-10
10-5
100
105
PSD of the received image
Transmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-20
10-10
100
1010
PSD of the transmitted image (SRRC shaping)
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-10
10-5
100
105
PSD of the received image
Transmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-20
10-10
100
1010
PSD of the transmitted image (SRRC shaping)
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-10
10-5
100
105
PSD of the received image
Image reccedilue SNRdB = 10 dBImage transmise Image reccedilue SNRdB = 0 dB
TEB = 00784TEB = 238 10-6
4
bull Impact de lrsquoajout drsquoun bruit sur le signal eacutemis (canal AWGN)
bull Impact drsquoun canal seacutelectif en freacutequence SNR = 10 dB
TEB = 04674TEB = 03986
c=[004 -005 007 -021 -05 072 036 0 021 003 007]c=[0407 0815 0407]
OFDM Contexte
Solutions couches physiques
rarr Filtres de mise en forme h(t) et de reacuteception hr(t) respectant le critegravere de Nyquist
rarr Filtrage adapteacute en reacuteception
rarr Limitation du deacutebit pour une transmission sans ISI BH(f)Hr(f) lt Bcanal
bull Canal seacutelectif en freacutequences
bull Canal laquo ideacuteal raquo (AWGN) agrave bande limiteacute
rarr Egalisation
rarr Techniques multi porteuses
OFDM forme particuliegravere de multi porteuses
Techniques multi porteuses
bull Principe transmissions simultaneacutees sur N porteuses
rarrEmission
rarr Reacuteception
hellip
hellip
N sous canaux
bull Transmissions simultaneacutees sur N porteuses
d0 dN-1d1 hellip
Ts Ts Ts
1Ts
freacutequences
temps
Mono porteuse Multi porteuses
dN-1
d1
d0
hellip
NTs
1NTs
1NTs
1NTs
freacutequences
temps
rarr N sous canaux de largeurs reacuteduites =gt Reacuteduction de la seacutelectiviteacute sur chaque sous canal
rarr N sous porteuses agrave deacutebits reacuteduits=gt Reacuteduction de lrsquoISI sur chaque porteuse
Techniques multi porteuses
S1
S4
S1
S4
ISI = 23 symboles
t
S1
S2
S3
Exemple mise en forme rectangulaire une porteuse
S1
S2
S3t t
S4
S2 S5
t
S3t
S5
S6
S6
ISI = 2 symbolesc(t)
t0
a0 a1a2
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire 3 porteuses
S2 S5
ISI = 23 symboles
S3 S6
ISI = 23 symboles
Techniques multi porteuses
hellip
hellip
Eacutemission Reacuteception
bull Transmissions simultaneacutees sur N porteuses (sans canal)
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
temps
freacutequences
0
Enveloppe complexe associeacutee au signal multi porteuses
Techniques multi porteuses
bull Forme particuliegravere de multi porteuse mise en forme rectangulairehellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Orthogonaliteacute des porteuses
Inter Carrier Interference (ICI)
Annulation de lrsquointerfeacuterence entre porteuses
ICI = 0
Utilisation optimale de la bande alloueacutee
hellip
Condition drsquoorthogonaliteacute des porteuses
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Implantation numeacuterique par iFFTFFThellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
iFFT
+
PS
SP
+
FFT
Simpliciteacute drsquoimplantation
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Historique
rarr Fin des anneacutees 50 concept multi porteuses
rarr Fin des anneacutees 60 OFDM modems militaires hautes freacutequences peu de porteuses
rarr Brevet en 1970 avec utilisation de la TFD
rarr Anneacutees 80 projet europeacuteen Eureka pour le DAB avec utilisation de la FFT
rarr Deacutebut 90 normalisation du DAB
rarr Fin 90 agrave aujourdrsquohui xDSL (DMT) DVB-T et T2 WLAN (IEEE80211agnac) DVB-H et SH WiMax (IEEE80216de) CPL 4G (LTE) 5G
OFDM historique
S1
S4
t
Info utile Info utileIG1
t
IG0
hellip
S1
S4
ISI = 23 symboles
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
S1
S4
ISI = 0 symboles
Info utile Info utileIG1IG0
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
Interfeacuterence entre symbole (ISI)
Mise en place drsquoun intervalle de garde (IG)
OFDM geacuteneacuteration du signal
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGmIGm+1
t
Intervalle de garde (IG)
Interfeacuterence inter symboles = 0
Dureacutee IG tmax
hellip
iFFT
0
0
helliphellip
rarr Introduit agrave lrsquoeacutemission derriegravere la iFFT
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
IG
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Exemple Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 sans ajout drsquointervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 avec ajout drsquointervalle de garde
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
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Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
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OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Plan du cours
bull La modulation OFDM
rarr Contexte
rarr Geacuteneacuteration et reacuteception drsquoun signal OFDM
rarr Principaux problegravemes synchronisation facteur de crecircte eacuteleveacute
bull Des exemples drsquoapplication dans
rarr Les reacuteseaux locaux sans fil (IEEE80211a g n ac ah)
rarr Les reacuteseaux meacutetropolitains sans fil (IEEE80216d e)
rarr La teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (DVB-T DVB-T2) et la radio numeacuterique (DAB)
rarr Les modems xDSL
rarr Les courants porteurs en ligne (CPL)
rarr 4G (LTE) 5G
OFDM Contexte
| C(f) |
f
| C(f) |
f
Canal hertzien terrestre Canal teacuteleacutephonique
ISI = 2 symboles
S1
S2
S3 S1
S2
S3
Exemple
c(t)
t0
a0 a1a2
bull Canaux de transmissions seacutelectifs en freacutequences
rarr Paramegravetre Bande de coheacuterence du canal
bull Interfeacuterence entre symboles
rarr Paramegravetre Eacutetalement maximal des retards
tmax
Transmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-20
10-10
100
1010
PSD of the transmitted image (SRRC shaping)
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-10
10-5
100
105
PSD of the received image
Transmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-20
10-10
100
1010
PSD of the transmitted image (SRRC shaping)
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-10
10-5
100
105
PSD of the received image
Transmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-20
10-10
100
1010
PSD of the transmitted image (SRRC shaping)
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-10
10-5
100
105
PSD of the received image
Image reccedilue SNRdB = 10 dBImage transmise Image reccedilue SNRdB = 0 dB
TEB = 00784TEB = 238 10-6
4
bull Impact de lrsquoajout drsquoun bruit sur le signal eacutemis (canal AWGN)
bull Impact drsquoun canal seacutelectif en freacutequence SNR = 10 dB
TEB = 04674TEB = 03986
c=[004 -005 007 -021 -05 072 036 0 021 003 007]c=[0407 0815 0407]
OFDM Contexte
Solutions couches physiques
rarr Filtres de mise en forme h(t) et de reacuteception hr(t) respectant le critegravere de Nyquist
rarr Filtrage adapteacute en reacuteception
rarr Limitation du deacutebit pour une transmission sans ISI BH(f)Hr(f) lt Bcanal
bull Canal seacutelectif en freacutequences
bull Canal laquo ideacuteal raquo (AWGN) agrave bande limiteacute
rarr Egalisation
rarr Techniques multi porteuses
OFDM forme particuliegravere de multi porteuses
Techniques multi porteuses
bull Principe transmissions simultaneacutees sur N porteuses
rarrEmission
rarr Reacuteception
hellip
hellip
N sous canaux
bull Transmissions simultaneacutees sur N porteuses
d0 dN-1d1 hellip
Ts Ts Ts
1Ts
freacutequences
temps
Mono porteuse Multi porteuses
dN-1
d1
d0
hellip
NTs
1NTs
1NTs
1NTs
freacutequences
temps
rarr N sous canaux de largeurs reacuteduites =gt Reacuteduction de la seacutelectiviteacute sur chaque sous canal
rarr N sous porteuses agrave deacutebits reacuteduits=gt Reacuteduction de lrsquoISI sur chaque porteuse
Techniques multi porteuses
S1
S4
S1
S4
ISI = 23 symboles
t
S1
S2
S3
Exemple mise en forme rectangulaire une porteuse
S1
S2
S3t t
S4
S2 S5
t
S3t
S5
S6
S6
ISI = 2 symbolesc(t)
t0
a0 a1a2
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire 3 porteuses
S2 S5
ISI = 23 symboles
S3 S6
ISI = 23 symboles
Techniques multi porteuses
hellip
hellip
Eacutemission Reacuteception
bull Transmissions simultaneacutees sur N porteuses (sans canal)
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
temps
freacutequences
0
Enveloppe complexe associeacutee au signal multi porteuses
Techniques multi porteuses
bull Forme particuliegravere de multi porteuse mise en forme rectangulairehellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Orthogonaliteacute des porteuses
Inter Carrier Interference (ICI)
Annulation de lrsquointerfeacuterence entre porteuses
ICI = 0
Utilisation optimale de la bande alloueacutee
hellip
Condition drsquoorthogonaliteacute des porteuses
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Implantation numeacuterique par iFFTFFThellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
iFFT
+
PS
SP
+
FFT
Simpliciteacute drsquoimplantation
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Historique
rarr Fin des anneacutees 50 concept multi porteuses
rarr Fin des anneacutees 60 OFDM modems militaires hautes freacutequences peu de porteuses
rarr Brevet en 1970 avec utilisation de la TFD
rarr Anneacutees 80 projet europeacuteen Eureka pour le DAB avec utilisation de la FFT
rarr Deacutebut 90 normalisation du DAB
rarr Fin 90 agrave aujourdrsquohui xDSL (DMT) DVB-T et T2 WLAN (IEEE80211agnac) DVB-H et SH WiMax (IEEE80216de) CPL 4G (LTE) 5G
OFDM historique
S1
S4
t
Info utile Info utileIG1
t
IG0
hellip
S1
S4
ISI = 23 symboles
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
S1
S4
ISI = 0 symboles
Info utile Info utileIG1IG0
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
Interfeacuterence entre symbole (ISI)
Mise en place drsquoun intervalle de garde (IG)
OFDM geacuteneacuteration du signal
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGmIGm+1
t
Intervalle de garde (IG)
Interfeacuterence inter symboles = 0
Dureacutee IG tmax
hellip
iFFT
0
0
helliphellip
rarr Introduit agrave lrsquoeacutemission derriegravere la iFFT
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
IG
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Exemple Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 sans ajout drsquointervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 avec ajout drsquointervalle de garde
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
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OFDM geacuteneacuteration du signal
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bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
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OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
OFDM Contexte
| C(f) |
f
| C(f) |
f
Canal hertzien terrestre Canal teacuteleacutephonique
ISI = 2 symboles
S1
S2
S3 S1
S2
S3
Exemple
c(t)
t0
a0 a1a2
bull Canaux de transmissions seacutelectifs en freacutequences
rarr Paramegravetre Bande de coheacuterence du canal
bull Interfeacuterence entre symboles
rarr Paramegravetre Eacutetalement maximal des retards
tmax
Transmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-20
10-10
100
1010
PSD of the transmitted image (SRRC shaping)
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-10
10-5
100
105
PSD of the received image
Transmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-20
10-10
100
1010
PSD of the transmitted image (SRRC shaping)
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-10
10-5
100
105
PSD of the received image
Transmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-20
10-10
100
1010
PSD of the transmitted image (SRRC shaping)
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-10
10-5
100
105
PSD of the received image
Image reccedilue SNRdB = 10 dBImage transmise Image reccedilue SNRdB = 0 dB
TEB = 00784TEB = 238 10-6
4
bull Impact de lrsquoajout drsquoun bruit sur le signal eacutemis (canal AWGN)
bull Impact drsquoun canal seacutelectif en freacutequence SNR = 10 dB
TEB = 04674TEB = 03986
c=[004 -005 007 -021 -05 072 036 0 021 003 007]c=[0407 0815 0407]
OFDM Contexte
Solutions couches physiques
rarr Filtres de mise en forme h(t) et de reacuteception hr(t) respectant le critegravere de Nyquist
rarr Filtrage adapteacute en reacuteception
rarr Limitation du deacutebit pour une transmission sans ISI BH(f)Hr(f) lt Bcanal
bull Canal seacutelectif en freacutequences
bull Canal laquo ideacuteal raquo (AWGN) agrave bande limiteacute
rarr Egalisation
rarr Techniques multi porteuses
OFDM forme particuliegravere de multi porteuses
Techniques multi porteuses
bull Principe transmissions simultaneacutees sur N porteuses
rarrEmission
rarr Reacuteception
hellip
hellip
N sous canaux
bull Transmissions simultaneacutees sur N porteuses
d0 dN-1d1 hellip
Ts Ts Ts
1Ts
freacutequences
temps
Mono porteuse Multi porteuses
dN-1
d1
d0
hellip
NTs
1NTs
1NTs
1NTs
freacutequences
temps
rarr N sous canaux de largeurs reacuteduites =gt Reacuteduction de la seacutelectiviteacute sur chaque sous canal
rarr N sous porteuses agrave deacutebits reacuteduits=gt Reacuteduction de lrsquoISI sur chaque porteuse
Techniques multi porteuses
S1
S4
S1
S4
ISI = 23 symboles
t
S1
S2
S3
Exemple mise en forme rectangulaire une porteuse
S1
S2
S3t t
S4
S2 S5
t
S3t
S5
S6
S6
ISI = 2 symbolesc(t)
t0
a0 a1a2
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire 3 porteuses
S2 S5
ISI = 23 symboles
S3 S6
ISI = 23 symboles
Techniques multi porteuses
hellip
hellip
Eacutemission Reacuteception
bull Transmissions simultaneacutees sur N porteuses (sans canal)
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
temps
freacutequences
0
Enveloppe complexe associeacutee au signal multi porteuses
Techniques multi porteuses
bull Forme particuliegravere de multi porteuse mise en forme rectangulairehellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Orthogonaliteacute des porteuses
Inter Carrier Interference (ICI)
Annulation de lrsquointerfeacuterence entre porteuses
ICI = 0
Utilisation optimale de la bande alloueacutee
hellip
Condition drsquoorthogonaliteacute des porteuses
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Implantation numeacuterique par iFFTFFThellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
iFFT
+
PS
SP
+
FFT
Simpliciteacute drsquoimplantation
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Historique
rarr Fin des anneacutees 50 concept multi porteuses
rarr Fin des anneacutees 60 OFDM modems militaires hautes freacutequences peu de porteuses
rarr Brevet en 1970 avec utilisation de la TFD
rarr Anneacutees 80 projet europeacuteen Eureka pour le DAB avec utilisation de la FFT
rarr Deacutebut 90 normalisation du DAB
rarr Fin 90 agrave aujourdrsquohui xDSL (DMT) DVB-T et T2 WLAN (IEEE80211agnac) DVB-H et SH WiMax (IEEE80216de) CPL 4G (LTE) 5G
OFDM historique
S1
S4
t
Info utile Info utileIG1
t
IG0
hellip
S1
S4
ISI = 23 symboles
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
S1
S4
ISI = 0 symboles
Info utile Info utileIG1IG0
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
Interfeacuterence entre symbole (ISI)
Mise en place drsquoun intervalle de garde (IG)
OFDM geacuteneacuteration du signal
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGmIGm+1
t
Intervalle de garde (IG)
Interfeacuterence inter symboles = 0
Dureacutee IG tmax
hellip
iFFT
0
0
helliphellip
rarr Introduit agrave lrsquoeacutemission derriegravere la iFFT
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
IG
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Exemple Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 sans ajout drsquointervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 avec ajout drsquointervalle de garde
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Transmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-20
10-10
100
1010
PSD of the transmitted image (SRRC shaping)
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-10
10-5
100
105
PSD of the received image
Transmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-20
10-10
100
1010
PSD of the transmitted image (SRRC shaping)
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-10
10-5
100
105
PSD of the received image
Transmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-20
10-10
100
1010
PSD of the transmitted image (SRRC shaping)
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
0 05 110
-10
10-5
100
105
PSD of the received image
Image reccedilue SNRdB = 10 dBImage transmise Image reccedilue SNRdB = 0 dB
TEB = 00784TEB = 238 10-6
4
bull Impact de lrsquoajout drsquoun bruit sur le signal eacutemis (canal AWGN)
bull Impact drsquoun canal seacutelectif en freacutequence SNR = 10 dB
TEB = 04674TEB = 03986
c=[004 -005 007 -021 -05 072 036 0 021 003 007]c=[0407 0815 0407]
OFDM Contexte
Solutions couches physiques
rarr Filtres de mise en forme h(t) et de reacuteception hr(t) respectant le critegravere de Nyquist
rarr Filtrage adapteacute en reacuteception
rarr Limitation du deacutebit pour une transmission sans ISI BH(f)Hr(f) lt Bcanal
bull Canal seacutelectif en freacutequences
bull Canal laquo ideacuteal raquo (AWGN) agrave bande limiteacute
rarr Egalisation
rarr Techniques multi porteuses
OFDM forme particuliegravere de multi porteuses
Techniques multi porteuses
bull Principe transmissions simultaneacutees sur N porteuses
rarrEmission
rarr Reacuteception
hellip
hellip
N sous canaux
bull Transmissions simultaneacutees sur N porteuses
d0 dN-1d1 hellip
Ts Ts Ts
1Ts
freacutequences
temps
Mono porteuse Multi porteuses
dN-1
d1
d0
hellip
NTs
1NTs
1NTs
1NTs
freacutequences
temps
rarr N sous canaux de largeurs reacuteduites =gt Reacuteduction de la seacutelectiviteacute sur chaque sous canal
rarr N sous porteuses agrave deacutebits reacuteduits=gt Reacuteduction de lrsquoISI sur chaque porteuse
Techniques multi porteuses
S1
S4
S1
S4
ISI = 23 symboles
t
S1
S2
S3
Exemple mise en forme rectangulaire une porteuse
S1
S2
S3t t
S4
S2 S5
t
S3t
S5
S6
S6
ISI = 2 symbolesc(t)
t0
a0 a1a2
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire 3 porteuses
S2 S5
ISI = 23 symboles
S3 S6
ISI = 23 symboles
Techniques multi porteuses
hellip
hellip
Eacutemission Reacuteception
bull Transmissions simultaneacutees sur N porteuses (sans canal)
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
temps
freacutequences
0
Enveloppe complexe associeacutee au signal multi porteuses
Techniques multi porteuses
bull Forme particuliegravere de multi porteuse mise en forme rectangulairehellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Orthogonaliteacute des porteuses
Inter Carrier Interference (ICI)
Annulation de lrsquointerfeacuterence entre porteuses
ICI = 0
Utilisation optimale de la bande alloueacutee
hellip
Condition drsquoorthogonaliteacute des porteuses
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Implantation numeacuterique par iFFTFFThellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
iFFT
+
PS
SP
+
FFT
Simpliciteacute drsquoimplantation
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Historique
rarr Fin des anneacutees 50 concept multi porteuses
rarr Fin des anneacutees 60 OFDM modems militaires hautes freacutequences peu de porteuses
rarr Brevet en 1970 avec utilisation de la TFD
rarr Anneacutees 80 projet europeacuteen Eureka pour le DAB avec utilisation de la FFT
rarr Deacutebut 90 normalisation du DAB
rarr Fin 90 agrave aujourdrsquohui xDSL (DMT) DVB-T et T2 WLAN (IEEE80211agnac) DVB-H et SH WiMax (IEEE80216de) CPL 4G (LTE) 5G
OFDM historique
S1
S4
t
Info utile Info utileIG1
t
IG0
hellip
S1
S4
ISI = 23 symboles
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
S1
S4
ISI = 0 symboles
Info utile Info utileIG1IG0
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
Interfeacuterence entre symbole (ISI)
Mise en place drsquoun intervalle de garde (IG)
OFDM geacuteneacuteration du signal
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGmIGm+1
t
Intervalle de garde (IG)
Interfeacuterence inter symboles = 0
Dureacutee IG tmax
hellip
iFFT
0
0
helliphellip
rarr Introduit agrave lrsquoeacutemission derriegravere la iFFT
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
IG
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Exemple Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 sans ajout drsquointervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 avec ajout drsquointervalle de garde
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Solutions couches physiques
rarr Filtres de mise en forme h(t) et de reacuteception hr(t) respectant le critegravere de Nyquist
rarr Filtrage adapteacute en reacuteception
rarr Limitation du deacutebit pour une transmission sans ISI BH(f)Hr(f) lt Bcanal
bull Canal seacutelectif en freacutequences
bull Canal laquo ideacuteal raquo (AWGN) agrave bande limiteacute
rarr Egalisation
rarr Techniques multi porteuses
OFDM forme particuliegravere de multi porteuses
Techniques multi porteuses
bull Principe transmissions simultaneacutees sur N porteuses
rarrEmission
rarr Reacuteception
hellip
hellip
N sous canaux
bull Transmissions simultaneacutees sur N porteuses
d0 dN-1d1 hellip
Ts Ts Ts
1Ts
freacutequences
temps
Mono porteuse Multi porteuses
dN-1
d1
d0
hellip
NTs
1NTs
1NTs
1NTs
freacutequences
temps
rarr N sous canaux de largeurs reacuteduites =gt Reacuteduction de la seacutelectiviteacute sur chaque sous canal
rarr N sous porteuses agrave deacutebits reacuteduits=gt Reacuteduction de lrsquoISI sur chaque porteuse
Techniques multi porteuses
S1
S4
S1
S4
ISI = 23 symboles
t
S1
S2
S3
Exemple mise en forme rectangulaire une porteuse
S1
S2
S3t t
S4
S2 S5
t
S3t
S5
S6
S6
ISI = 2 symbolesc(t)
t0
a0 a1a2
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire 3 porteuses
S2 S5
ISI = 23 symboles
S3 S6
ISI = 23 symboles
Techniques multi porteuses
hellip
hellip
Eacutemission Reacuteception
bull Transmissions simultaneacutees sur N porteuses (sans canal)
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
temps
freacutequences
0
Enveloppe complexe associeacutee au signal multi porteuses
Techniques multi porteuses
bull Forme particuliegravere de multi porteuse mise en forme rectangulairehellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Orthogonaliteacute des porteuses
Inter Carrier Interference (ICI)
Annulation de lrsquointerfeacuterence entre porteuses
ICI = 0
Utilisation optimale de la bande alloueacutee
hellip
Condition drsquoorthogonaliteacute des porteuses
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Implantation numeacuterique par iFFTFFThellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
iFFT
+
PS
SP
+
FFT
Simpliciteacute drsquoimplantation
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Historique
rarr Fin des anneacutees 50 concept multi porteuses
rarr Fin des anneacutees 60 OFDM modems militaires hautes freacutequences peu de porteuses
rarr Brevet en 1970 avec utilisation de la TFD
rarr Anneacutees 80 projet europeacuteen Eureka pour le DAB avec utilisation de la FFT
rarr Deacutebut 90 normalisation du DAB
rarr Fin 90 agrave aujourdrsquohui xDSL (DMT) DVB-T et T2 WLAN (IEEE80211agnac) DVB-H et SH WiMax (IEEE80216de) CPL 4G (LTE) 5G
OFDM historique
S1
S4
t
Info utile Info utileIG1
t
IG0
hellip
S1
S4
ISI = 23 symboles
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
S1
S4
ISI = 0 symboles
Info utile Info utileIG1IG0
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
Interfeacuterence entre symbole (ISI)
Mise en place drsquoun intervalle de garde (IG)
OFDM geacuteneacuteration du signal
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGmIGm+1
t
Intervalle de garde (IG)
Interfeacuterence inter symboles = 0
Dureacutee IG tmax
hellip
iFFT
0
0
helliphellip
rarr Introduit agrave lrsquoeacutemission derriegravere la iFFT
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
IG
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Exemple Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 sans ajout drsquointervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 avec ajout drsquointervalle de garde
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Techniques multi porteuses
bull Principe transmissions simultaneacutees sur N porteuses
rarrEmission
rarr Reacuteception
hellip
hellip
N sous canaux
bull Transmissions simultaneacutees sur N porteuses
d0 dN-1d1 hellip
Ts Ts Ts
1Ts
freacutequences
temps
Mono porteuse Multi porteuses
dN-1
d1
d0
hellip
NTs
1NTs
1NTs
1NTs
freacutequences
temps
rarr N sous canaux de largeurs reacuteduites =gt Reacuteduction de la seacutelectiviteacute sur chaque sous canal
rarr N sous porteuses agrave deacutebits reacuteduits=gt Reacuteduction de lrsquoISI sur chaque porteuse
Techniques multi porteuses
S1
S4
S1
S4
ISI = 23 symboles
t
S1
S2
S3
Exemple mise en forme rectangulaire une porteuse
S1
S2
S3t t
S4
S2 S5
t
S3t
S5
S6
S6
ISI = 2 symbolesc(t)
t0
a0 a1a2
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire 3 porteuses
S2 S5
ISI = 23 symboles
S3 S6
ISI = 23 symboles
Techniques multi porteuses
hellip
hellip
Eacutemission Reacuteception
bull Transmissions simultaneacutees sur N porteuses (sans canal)
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
temps
freacutequences
0
Enveloppe complexe associeacutee au signal multi porteuses
Techniques multi porteuses
bull Forme particuliegravere de multi porteuse mise en forme rectangulairehellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Orthogonaliteacute des porteuses
Inter Carrier Interference (ICI)
Annulation de lrsquointerfeacuterence entre porteuses
ICI = 0
Utilisation optimale de la bande alloueacutee
hellip
Condition drsquoorthogonaliteacute des porteuses
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Implantation numeacuterique par iFFTFFThellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
iFFT
+
PS
SP
+
FFT
Simpliciteacute drsquoimplantation
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Historique
rarr Fin des anneacutees 50 concept multi porteuses
rarr Fin des anneacutees 60 OFDM modems militaires hautes freacutequences peu de porteuses
rarr Brevet en 1970 avec utilisation de la TFD
rarr Anneacutees 80 projet europeacuteen Eureka pour le DAB avec utilisation de la FFT
rarr Deacutebut 90 normalisation du DAB
rarr Fin 90 agrave aujourdrsquohui xDSL (DMT) DVB-T et T2 WLAN (IEEE80211agnac) DVB-H et SH WiMax (IEEE80216de) CPL 4G (LTE) 5G
OFDM historique
S1
S4
t
Info utile Info utileIG1
t
IG0
hellip
S1
S4
ISI = 23 symboles
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
S1
S4
ISI = 0 symboles
Info utile Info utileIG1IG0
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
Interfeacuterence entre symbole (ISI)
Mise en place drsquoun intervalle de garde (IG)
OFDM geacuteneacuteration du signal
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGmIGm+1
t
Intervalle de garde (IG)
Interfeacuterence inter symboles = 0
Dureacutee IG tmax
hellip
iFFT
0
0
helliphellip
rarr Introduit agrave lrsquoeacutemission derriegravere la iFFT
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
IG
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Exemple Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 sans ajout drsquointervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 avec ajout drsquointervalle de garde
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Transmissions simultaneacutees sur N porteuses
d0 dN-1d1 hellip
Ts Ts Ts
1Ts
freacutequences
temps
Mono porteuse Multi porteuses
dN-1
d1
d0
hellip
NTs
1NTs
1NTs
1NTs
freacutequences
temps
rarr N sous canaux de largeurs reacuteduites =gt Reacuteduction de la seacutelectiviteacute sur chaque sous canal
rarr N sous porteuses agrave deacutebits reacuteduits=gt Reacuteduction de lrsquoISI sur chaque porteuse
Techniques multi porteuses
S1
S4
S1
S4
ISI = 23 symboles
t
S1
S2
S3
Exemple mise en forme rectangulaire une porteuse
S1
S2
S3t t
S4
S2 S5
t
S3t
S5
S6
S6
ISI = 2 symbolesc(t)
t0
a0 a1a2
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire 3 porteuses
S2 S5
ISI = 23 symboles
S3 S6
ISI = 23 symboles
Techniques multi porteuses
hellip
hellip
Eacutemission Reacuteception
bull Transmissions simultaneacutees sur N porteuses (sans canal)
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
temps
freacutequences
0
Enveloppe complexe associeacutee au signal multi porteuses
Techniques multi porteuses
bull Forme particuliegravere de multi porteuse mise en forme rectangulairehellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Orthogonaliteacute des porteuses
Inter Carrier Interference (ICI)
Annulation de lrsquointerfeacuterence entre porteuses
ICI = 0
Utilisation optimale de la bande alloueacutee
hellip
Condition drsquoorthogonaliteacute des porteuses
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Implantation numeacuterique par iFFTFFThellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
iFFT
+
PS
SP
+
FFT
Simpliciteacute drsquoimplantation
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Historique
rarr Fin des anneacutees 50 concept multi porteuses
rarr Fin des anneacutees 60 OFDM modems militaires hautes freacutequences peu de porteuses
rarr Brevet en 1970 avec utilisation de la TFD
rarr Anneacutees 80 projet europeacuteen Eureka pour le DAB avec utilisation de la FFT
rarr Deacutebut 90 normalisation du DAB
rarr Fin 90 agrave aujourdrsquohui xDSL (DMT) DVB-T et T2 WLAN (IEEE80211agnac) DVB-H et SH WiMax (IEEE80216de) CPL 4G (LTE) 5G
OFDM historique
S1
S4
t
Info utile Info utileIG1
t
IG0
hellip
S1
S4
ISI = 23 symboles
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
S1
S4
ISI = 0 symboles
Info utile Info utileIG1IG0
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
Interfeacuterence entre symbole (ISI)
Mise en place drsquoun intervalle de garde (IG)
OFDM geacuteneacuteration du signal
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGmIGm+1
t
Intervalle de garde (IG)
Interfeacuterence inter symboles = 0
Dureacutee IG tmax
hellip
iFFT
0
0
helliphellip
rarr Introduit agrave lrsquoeacutemission derriegravere la iFFT
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
IG
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Exemple Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 sans ajout drsquointervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 avec ajout drsquointervalle de garde
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
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OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
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bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
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Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
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200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
S1
S4
S1
S4
ISI = 23 symboles
t
S1
S2
S3
Exemple mise en forme rectangulaire une porteuse
S1
S2
S3t t
S4
S2 S5
t
S3t
S5
S6
S6
ISI = 2 symbolesc(t)
t0
a0 a1a2
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire 3 porteuses
S2 S5
ISI = 23 symboles
S3 S6
ISI = 23 symboles
Techniques multi porteuses
hellip
hellip
Eacutemission Reacuteception
bull Transmissions simultaneacutees sur N porteuses (sans canal)
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
temps
freacutequences
0
Enveloppe complexe associeacutee au signal multi porteuses
Techniques multi porteuses
bull Forme particuliegravere de multi porteuse mise en forme rectangulairehellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Orthogonaliteacute des porteuses
Inter Carrier Interference (ICI)
Annulation de lrsquointerfeacuterence entre porteuses
ICI = 0
Utilisation optimale de la bande alloueacutee
hellip
Condition drsquoorthogonaliteacute des porteuses
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Implantation numeacuterique par iFFTFFThellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
iFFT
+
PS
SP
+
FFT
Simpliciteacute drsquoimplantation
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Historique
rarr Fin des anneacutees 50 concept multi porteuses
rarr Fin des anneacutees 60 OFDM modems militaires hautes freacutequences peu de porteuses
rarr Brevet en 1970 avec utilisation de la TFD
rarr Anneacutees 80 projet europeacuteen Eureka pour le DAB avec utilisation de la FFT
rarr Deacutebut 90 normalisation du DAB
rarr Fin 90 agrave aujourdrsquohui xDSL (DMT) DVB-T et T2 WLAN (IEEE80211agnac) DVB-H et SH WiMax (IEEE80216de) CPL 4G (LTE) 5G
OFDM historique
S1
S4
t
Info utile Info utileIG1
t
IG0
hellip
S1
S4
ISI = 23 symboles
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
S1
S4
ISI = 0 symboles
Info utile Info utileIG1IG0
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
Interfeacuterence entre symbole (ISI)
Mise en place drsquoun intervalle de garde (IG)
OFDM geacuteneacuteration du signal
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGmIGm+1
t
Intervalle de garde (IG)
Interfeacuterence inter symboles = 0
Dureacutee IG tmax
hellip
iFFT
0
0
helliphellip
rarr Introduit agrave lrsquoeacutemission derriegravere la iFFT
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
IG
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Exemple Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 sans ajout drsquointervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 avec ajout drsquointervalle de garde
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
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bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
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Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
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OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
hellip
hellip
Eacutemission Reacuteception
bull Transmissions simultaneacutees sur N porteuses (sans canal)
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
hellip
temps
freacutequences
0
Enveloppe complexe associeacutee au signal multi porteuses
Techniques multi porteuses
bull Forme particuliegravere de multi porteuse mise en forme rectangulairehellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Orthogonaliteacute des porteuses
Inter Carrier Interference (ICI)
Annulation de lrsquointerfeacuterence entre porteuses
ICI = 0
Utilisation optimale de la bande alloueacutee
hellip
Condition drsquoorthogonaliteacute des porteuses
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Implantation numeacuterique par iFFTFFThellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
iFFT
+
PS
SP
+
FFT
Simpliciteacute drsquoimplantation
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Historique
rarr Fin des anneacutees 50 concept multi porteuses
rarr Fin des anneacutees 60 OFDM modems militaires hautes freacutequences peu de porteuses
rarr Brevet en 1970 avec utilisation de la TFD
rarr Anneacutees 80 projet europeacuteen Eureka pour le DAB avec utilisation de la FFT
rarr Deacutebut 90 normalisation du DAB
rarr Fin 90 agrave aujourdrsquohui xDSL (DMT) DVB-T et T2 WLAN (IEEE80211agnac) DVB-H et SH WiMax (IEEE80216de) CPL 4G (LTE) 5G
OFDM historique
S1
S4
t
Info utile Info utileIG1
t
IG0
hellip
S1
S4
ISI = 23 symboles
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
S1
S4
ISI = 0 symboles
Info utile Info utileIG1IG0
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
Interfeacuterence entre symbole (ISI)
Mise en place drsquoun intervalle de garde (IG)
OFDM geacuteneacuteration du signal
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGmIGm+1
t
Intervalle de garde (IG)
Interfeacuterence inter symboles = 0
Dureacutee IG tmax
hellip
iFFT
0
0
helliphellip
rarr Introduit agrave lrsquoeacutemission derriegravere la iFFT
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
IG
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Exemple Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 sans ajout drsquointervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 avec ajout drsquointervalle de garde
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
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OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Forme particuliegravere de multi porteuse mise en forme rectangulairehellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Orthogonaliteacute des porteuses
Inter Carrier Interference (ICI)
Annulation de lrsquointerfeacuterence entre porteuses
ICI = 0
Utilisation optimale de la bande alloueacutee
hellip
Condition drsquoorthogonaliteacute des porteuses
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Implantation numeacuterique par iFFTFFThellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
iFFT
+
PS
SP
+
FFT
Simpliciteacute drsquoimplantation
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Historique
rarr Fin des anneacutees 50 concept multi porteuses
rarr Fin des anneacutees 60 OFDM modems militaires hautes freacutequences peu de porteuses
rarr Brevet en 1970 avec utilisation de la TFD
rarr Anneacutees 80 projet europeacuteen Eureka pour le DAB avec utilisation de la FFT
rarr Deacutebut 90 normalisation du DAB
rarr Fin 90 agrave aujourdrsquohui xDSL (DMT) DVB-T et T2 WLAN (IEEE80211agnac) DVB-H et SH WiMax (IEEE80216de) CPL 4G (LTE) 5G
OFDM historique
S1
S4
t
Info utile Info utileIG1
t
IG0
hellip
S1
S4
ISI = 23 symboles
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
S1
S4
ISI = 0 symboles
Info utile Info utileIG1IG0
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
Interfeacuterence entre symbole (ISI)
Mise en place drsquoun intervalle de garde (IG)
OFDM geacuteneacuteration du signal
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGmIGm+1
t
Intervalle de garde (IG)
Interfeacuterence inter symboles = 0
Dureacutee IG tmax
hellip
iFFT
0
0
helliphellip
rarr Introduit agrave lrsquoeacutemission derriegravere la iFFT
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
IG
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Exemple Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 sans ajout drsquointervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 avec ajout drsquointervalle de garde
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Orthogonaliteacute des porteuses
Inter Carrier Interference (ICI)
Annulation de lrsquointerfeacuterence entre porteuses
ICI = 0
Utilisation optimale de la bande alloueacutee
hellip
Condition drsquoorthogonaliteacute des porteuses
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Implantation numeacuterique par iFFTFFThellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
iFFT
+
PS
SP
+
FFT
Simpliciteacute drsquoimplantation
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Historique
rarr Fin des anneacutees 50 concept multi porteuses
rarr Fin des anneacutees 60 OFDM modems militaires hautes freacutequences peu de porteuses
rarr Brevet en 1970 avec utilisation de la TFD
rarr Anneacutees 80 projet europeacuteen Eureka pour le DAB avec utilisation de la FFT
rarr Deacutebut 90 normalisation du DAB
rarr Fin 90 agrave aujourdrsquohui xDSL (DMT) DVB-T et T2 WLAN (IEEE80211agnac) DVB-H et SH WiMax (IEEE80216de) CPL 4G (LTE) 5G
OFDM historique
S1
S4
t
Info utile Info utileIG1
t
IG0
hellip
S1
S4
ISI = 23 symboles
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
S1
S4
ISI = 0 symboles
Info utile Info utileIG1IG0
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
Interfeacuterence entre symbole (ISI)
Mise en place drsquoun intervalle de garde (IG)
OFDM geacuteneacuteration du signal
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGmIGm+1
t
Intervalle de garde (IG)
Interfeacuterence inter symboles = 0
Dureacutee IG tmax
hellip
iFFT
0
0
helliphellip
rarr Introduit agrave lrsquoeacutemission derriegravere la iFFT
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
IG
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Exemple Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 sans ajout drsquointervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 avec ajout drsquointervalle de garde
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Implantation numeacuterique par iFFTFFThellip helliphellip
Mise en forme
h(t)
h(t)
hellip
Trsquos =NTs
Trsquos =NTs
sT
dt
sT
dt
Filtrage adapteacute
ReacuteceptionEacutemission
iFFT
+
PS
SP
+
FFT
Simpliciteacute drsquoimplantation
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Historique
rarr Fin des anneacutees 50 concept multi porteuses
rarr Fin des anneacutees 60 OFDM modems militaires hautes freacutequences peu de porteuses
rarr Brevet en 1970 avec utilisation de la TFD
rarr Anneacutees 80 projet europeacuteen Eureka pour le DAB avec utilisation de la FFT
rarr Deacutebut 90 normalisation du DAB
rarr Fin 90 agrave aujourdrsquohui xDSL (DMT) DVB-T et T2 WLAN (IEEE80211agnac) DVB-H et SH WiMax (IEEE80216de) CPL 4G (LTE) 5G
OFDM historique
S1
S4
t
Info utile Info utileIG1
t
IG0
hellip
S1
S4
ISI = 23 symboles
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
S1
S4
ISI = 0 symboles
Info utile Info utileIG1IG0
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
Interfeacuterence entre symbole (ISI)
Mise en place drsquoun intervalle de garde (IG)
OFDM geacuteneacuteration du signal
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGmIGm+1
t
Intervalle de garde (IG)
Interfeacuterence inter symboles = 0
Dureacutee IG tmax
hellip
iFFT
0
0
helliphellip
rarr Introduit agrave lrsquoeacutemission derriegravere la iFFT
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
IG
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Exemple Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 sans ajout drsquointervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 avec ajout drsquointervalle de garde
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Historique
rarr Fin des anneacutees 50 concept multi porteuses
rarr Fin des anneacutees 60 OFDM modems militaires hautes freacutequences peu de porteuses
rarr Brevet en 1970 avec utilisation de la TFD
rarr Anneacutees 80 projet europeacuteen Eureka pour le DAB avec utilisation de la FFT
rarr Deacutebut 90 normalisation du DAB
rarr Fin 90 agrave aujourdrsquohui xDSL (DMT) DVB-T et T2 WLAN (IEEE80211agnac) DVB-H et SH WiMax (IEEE80216de) CPL 4G (LTE) 5G
OFDM historique
S1
S4
t
Info utile Info utileIG1
t
IG0
hellip
S1
S4
ISI = 23 symboles
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
S1
S4
ISI = 0 symboles
Info utile Info utileIG1IG0
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
Interfeacuterence entre symbole (ISI)
Mise en place drsquoun intervalle de garde (IG)
OFDM geacuteneacuteration du signal
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGmIGm+1
t
Intervalle de garde (IG)
Interfeacuterence inter symboles = 0
Dureacutee IG tmax
hellip
iFFT
0
0
helliphellip
rarr Introduit agrave lrsquoeacutemission derriegravere la iFFT
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
IG
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Exemple Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 sans ajout drsquointervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 avec ajout drsquointervalle de garde
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
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200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
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100
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300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
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400
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
S1
S4
t
Info utile Info utileIG1
t
IG0
hellip
S1
S4
ISI = 23 symboles
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
S1
S4
ISI = 0 symboles
Info utile Info utileIG1IG0
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
Interfeacuterence entre symbole (ISI)
Mise en place drsquoun intervalle de garde (IG)
OFDM geacuteneacuteration du signal
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGmIGm+1
t
Intervalle de garde (IG)
Interfeacuterence inter symboles = 0
Dureacutee IG tmax
hellip
iFFT
0
0
helliphellip
rarr Introduit agrave lrsquoeacutemission derriegravere la iFFT
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
IG
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Exemple Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 sans ajout drsquointervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 avec ajout drsquointervalle de garde
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGmIGm+1
t
Intervalle de garde (IG)
Interfeacuterence inter symboles = 0
Dureacutee IG tmax
hellip
iFFT
0
0
helliphellip
rarr Introduit agrave lrsquoeacutemission derriegravere la iFFT
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2
IG
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Exemple Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 sans ajout drsquointervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 avec ajout drsquointervalle de garde
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
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100
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400
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300
400
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300
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
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300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Exemple Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 sans ajout drsquointervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Constellations reccedilues sur les porteuses ndeg 3 et 10 avec ajout drsquointervalle de garde
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
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OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 16 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
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300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
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300
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500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Effet du canal de transmission ajout drsquoun intervalle de garde
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses sans IG
Image reccedilue Transmission sur 2048 porteuses avec IG
c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts)
Image eacutemiseTransmitted image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Received image
100 200 300 400 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue transmission monoporteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Remarque pas drsquoentrelacement
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
t
Info utileSymbole m-1Porteuse 0
Info utileSymbole mPorteuse 0
IGm IGm+1
t
IG =gt Interfeacuterence inter symboles = 0
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) 3 porteuses visualisation porteuse 0
OFDM geacuteneacuteration du signal
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
0
0hellip
hellip
iFFT
Interfeacuterence
intra
symboles
= 0
IG
Interfeacuterence intra symbole
Mise en place drsquoun preacutefixe cyclique (PC) derriegravere la iFFT
bull Effet du canal de transmission sur chaque porteuse
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
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300
400
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
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300
400
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Effet du canal de transmission sur lrsquoensemble des porteuses
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
FFTm
a0 Fm(0)
a2 Fm(0)+a1 Fm(1)+a0 Fm(2)
a2 Fm(N-3)+a1 Fm(N-2)+a0 Fm(N-1)
iFFTm
dm(0)
dm(1)
dm(2)
dm(N-1)
Fm(0)
Fm(1)
Fm(2)
Fm(N-1)
c(t)
t0
a0 a1a2
hellip
a1 Fm(0)+a0 Fm(1)
helliphelliphellip
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellip
a1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Mise en forme non rectangulaire =gt ICI
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
0 0
0
+ +
lt=gt
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Preacutefixe cyclique
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
hellip
FFTma1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
hellipa1 Fm(0)
hellip
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip hellip
Permutation circulaire des entreacutees =gt phase en sortie de la FFT
a0 dm(0)
a0 dm(1)
a0 dm(2)
a0 dm(N-1)
Donneacutees attendues(atteacutenueacutees de a0)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+ +
hellip iFFT
hellip
tmax
c(t)
t0
a0 a1a2PC
hellip
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts)
a2 Fm(N-1)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Dureacutee PC tmax
Perte accepteacutee 20 agrave 25 du deacutebit utile =gt dimensionnement de N
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
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Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
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OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
N
plj
mN
pljN
i
N
ilj
m
p
i
N
plj
N
ilj
mN
pljN
pi
N
ilj
m
p
i
N
l)pNi(j
m
N
pi
N
l)pi(j
mm e)l(dee)i(Feee)i(Fee)i(Fe)i(Fe)i(F)l(d~ lj
+
aa
+a
+a
221
0
21
0
2221 21
0
21 2 2
N
plj
m e)l(d
a2
Rotation de la constellation
Voie l
Compressiondilatation
de la constellation
FFTm
a Fm(p)
a Fm(N-1)
a0 Fm(N-p)
helliphellip
a Fm(0)
Deacutecalage de p
eacutechantillons avec
permutation circulaire
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Un coefficient complexe lieacute au canal(sur chaque porteuse)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Preacutefixe cyclique
Exemple mise en forme rectangulaire c(t)=a0d(t)+a1d(t-Ts)+a2d(t-2Ts) sortie voie l
FFTm
a0 Fm(0)
a0 Fm(2)
a0 Fm(N-1)
hellip
a0 Fm(1)
a1 Fm(1)
a1 Fm(N-2)
a1 Fm(0)
FFTma2 Fm(0)
a2 Fm(N-3)
hellip
a0 dm(l)
a1 Fm(N-1) a2 Fm(N-2)
+a2 Fm(N-1)N
lj
m e)l(d
a2
1 +N
lj
m e)l(d2
2
2
a
Coefficient complexe lieacute au canalSur la porteuse l C(l)
hellip
FFTm
)l(dee)l(d~
mN
lj
N
lj
m
a+a+a
2
2
2
2
10
Symbole attendu
OFDM geacuteneacuteration du signal
Remarque
TFD
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
0 2 4 6 8 10 12 14 1604
06
08
1
12
14
16
18
2
ndeg porteuses
|FT
| canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
|C(3)| = 12109
|C(10)|=06644
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
|C(f)|
OFDM geacuteneacuteration du signal
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
0 2 4 6 8 10 12 14 16-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ndeg porteuses
Arg
(FT
) canal
c(t)=d(t)+05d(t-Ts)+02d(t-2T
s)
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
porteuse 3 porteuse 10
Arg[C(3)] = -298869degC
Arg[C(10)]=-+133669degC
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
Arg [C(f)]
OFDM geacuteneacuteration du signal
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
rarr Canal sans bruit BPSK eacutemise sur 16 porteuses
Constellations reccedilues porteuses ndeg 3 et 10
Sans intervalle de garde Avec intervalle de garde
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
Avec preacutefixe cyclique
121-2988deg
066 +1336deg
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 4
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-2
-1
0
1
2porteuse 11
OFDM geacuteneacuteration du signal
c(t)= d(t) + 05 d(t-Ts)+02 d(t-2Ts)
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde
Image reccedilue avec intervalle de garde
Image eacutemiseTransmitted image
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OFDM geacuteneacuteration du signal
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bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
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OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Image reccedilue sans ajout drsquointervalle de garde avec eacutegalisation
Image reccedilue avec intervalle de garde et eacutegalisation
Image eacutemiseTransmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Image reccedilue avec preacutefixe cyclique et eacutegalisation
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Received image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
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300
400
500
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
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300
400
500
Transmitted image
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
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300
400
500
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50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
100
200
300
400
500
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Intervalle de garde Preacutefixe cyclique exemple
rarr Canal sans bruit c(t)= 0407 d(t) + 0815 d(t-Ts)+0407 d(t-2Ts) 16 porteuses
Remarque pas drsquoentrelacement
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
rarr Egalisation tregraves simple filtre agrave un coefficient (ZFE MMSE)
=gt Estimation de canal pilotes voie retour
rarr Aide agrave la synchronisation minus Introduction de redondance par le CP minus Surdimensionnement du CP =gt tolegravere de la gigue de phase horloge
bull Inteacuterecirct du preacutefixe cyclique
bull Si voie retour + canal variant lentement dans le temps
rarr Possibiliteacute de laquo bit loading raquo
Maximiser le deacutebit agrave probabiliteacute drsquoerreur identique sur chaque porteuse
rarr Possibiliteacute de laquo Waterfilling raquo
A puissance totale constante augmentation de la capaciteacute par allocation intelligente de la puissance par porteuse
OFDM geacuteneacuteration du signal
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Support physique
Station 1 Station 2
(PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent)
Couche 2 du modegravele OSI
liaison de donneacutees MAC
Couche 1 du modegravele OSI
couche physique
PLCP
PMD
Normalisation Bande Deacutebit PHY maxStandard
1997 24 GHz 2 MbitsIEEE 80211 (legacy)
1999 5 GHz 54 MbitsIEEE 80211a (WiFi 5)
1999 24 GHZ 11 MbitssIEEE 80211b (WiFi)
2003 24 GHz 54 MbitssIEEE 80211g
Porteacutee max (indout)
20100 m
2575 m
35100 m
2575 m
2009 245 GHz 540 MbitssIEEE 80211n 50125 m
2014 5 GHz 1300 MbitssIEEE 80211ac 2050 m
2019 245 GHz 10 GbitssIEEE 80211ax
bull Exemple 1 drsquoapplication de lrsquoOFDM le WiFi laquo haut deacutebit raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211a g (OFDM sans MIMO sans agreacutegation de canaux)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Deacutebit
4 bits
Reacuteserveacute
1 bit
Longueur
12 bits
Pariteacute
1 bit
Queue
6 bits
Service
16 bits PSDUQueue
6 bits bourrage
Preacuteambule PLCP Signal Donneacutees
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Physical Protocol Unit
Logical Protocol Unit
Sous couche PMD champs donneacutees Sous couche PMD
champs signal
Sous couche PMD
preacuteambule
12 symboles OFDM
Deacutebit (Mbps) Codage
6 1101
9 1111
12 0101
18 0111
24 1001
36 1011
48 0001
54 0011
Codage convolutif (7 frac12)
1 symbole OFDM
Mapping BPSK
Taux de codage 12
Deacutebit 6 Mbps
Un nombre variable mais entier de symboles OFDM
Mapping taux de codage et donc deacutebits variables
Entecircte PLCP
P
M
D
P
L
C
P
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Bande ISM 2400-24835 GHz 3 canaux sans recouvrement
Bande UNII 5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz 84 canaux sans recouvrement
OFDM geacuteneacuteration du signal
bull Exemple IEEE80211a g sous couche PMD champs donneacutees
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Mapping
Entrelaceur
Codeurconvolutif
Embrouilleur
SP
hellip
hellip Modulation OFDM hellip PS
laquo Donneacutees raquo
OFDM geacuteneacuteration du signal
SP + ajout de pilotes
820 2226 -6-1-26-221 6
Pilote 4Pilote 1 Pilote 2 Pilote 3
IFFT 64-points
48 + 4
0hellip00
0 1 hellip 26 38 hellip
-20-80
Partie positive du spectre Partie neacutegative du spectre
hellip
Ajout preacutefixe cyclique 16 eacutechantillons
BPSK QPSK 16 et 64 QAM
hellip
Donneacutees binaires
OFDM
(Canal de 20 MHz(1) tmax=300 ns PC = 800 ns)
(1)Canal de 20 MHz =gt 3 canaux sans recouvrement en bande ISM (2400-24835 GHz) 84 canaux sans recouvrement en bande UNII (5 15-525 GHz 5 25-535 GHz 5725-5850 GHz)
bull Standards IEEE80211a g sous couche PMD champs laquo donneacutees raquo
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Exemple 2 drsquoapplication de lrsquoOFDM la teacuteleacutevision numeacuterique terrestre (TNT)
OFDM geacuteneacuteration du signal
Norme DVB-T
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Canal
hertzien
terrestre
Codeur
ExterneEntrelaceur
Externe
Codeur
Interne
Adaptation
MUX transport
Dispersion
drsquoEnergie
Mapping
QAM
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Intervalle
De garde
Interface
physique
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
Codage source et multiplexage
ES PES
Programme 1
Codeur Video
Codeur Audio
Donneacutees
ES PES
Programme N
hellip
PCRSTC 1
PCRSTC N
Information speacutecifique des programmes
Diviseur
De flux
Train
Transport
Haute prioriteacute
Basse prioriteacute
Entrelaceur
Interne
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Partie OFDM du DVB-T
OFDM geacuteneacuteration du signal
M-QAMdk
bk
Deux modes OFDM - Mode 2K = 2048 porteuses dont 1705 utiles (Trsquos = 224ms)- Mode 8K (reacuteseau SFN)= 8192 porteuses dont 6817 utiles (Trsquos = 896ms)
Quatre longueurs de preacutefixe cyclique possibles PCTrsquos 14 18 116 132
QPSK agrave 64-QAM
Possibiliteacute de constellations non uniformes
hellip iFFT
hellipPC
hellipAdaptationde trame
helliphellip
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Data rate (Mbps)
Modulation Coding Rate Coded bits per subcarrier
Coded bit per OFDM symbol
Data bits per OFDM symbol
6 BPSK frac12 1 48 24
9 BPSK frac34 1 48 36
12 QPSK frac12 2 96 48
18 QPSK frac34 2 96 72
24 16-QAM frac12 4 192 96
36 16-QAM frac34 4 192 144
48 64-QAM 23 6 288 192
54 64-QAM frac34 6 288 216
IEEE
80211
ag
DVB-T
PERFORMANCES
CN for BER=210-4 after Viterbi ie QEF after RS Bit rate (Mbits)
Modulation Code rate Gaussien channel Rice channel Rayleigh channel DTU=14 DTU=18 DTU=116 DTU=132
QPSK 12 31 36 54 498 553 585 603
QPSK 23 49 57 84 664 737 781 804
QPSK 34 59 68 107 746 829 878 905
QPSK 56 69 80 131 829 922 976 1005
QPSK 78 77 87 163 871 968 1025 1056
16-QAM 12 88 96 112 995 1106 1171 1206
16-QAM 23 111 116 142 1327 1475 1561 1609
16-QAM 34 125 130 167 1493 1659 1756 1810
16-QAM 56 135 144 193 1659 1843 1952 2011
16-QAM 78 139 150 228 1742 1935 2049 2111
64-QAM 12 144 147 160 1493 1659 1756 1810
64-QAM 23 165 171 193 1991 2212 2342 2413
64-QAM 34 180 186 217 2239 2488 2635 2714
64-QAM 56 193 200 253 2488 2765 2927 3016
64-QAM 78 201 210 279 2613 2903 3074 3167
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
43125 kHz
POTS
RNIS
f
Max 3dB
256 porteuses
Voie montante 1 ndash 20Voie descendante 1 ou 21 ndash 256Un pilote 96QPSK agrave 256 QAM
PC = 8 porteuses Deacutebit = 4 kbauds Possibiliteacute de Bit loading et de waterfilling
Ad
d
CP
Pu
lse
shap
ing
Tones ordering
Hermitic vector
iFFT
Interpolation
DAC
Analog Part
Couche physique - Recommandation G9921 (GDMT) de lrsquoUIT
OFDM geacuteneacuteration du signal
Constellation encoder
bull Exemple 3 drsquoapplication de lrsquoOFDM (DMT) les modems xDSL
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Chaicircne drsquoeacutemission complegravete laquo C raquo OFDM
OFDM geacuteneacuteration du signal
Mappingbitshellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
Zero
padding
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
- Code megravere (712)+ Poinccedilonnnage (12 23 frac34)
- Deux entrelaceurs bloc
Exemple IEEE80211 a
- Codage concateacuteneacute RS(204188)convolutif (712) + poinconnage (12 23 frac34 56 78)
- Deux entrelaceurs convolutif (Forney) + bloc
Exemple DVB-T
Une solution pour la reacuteduction de la puissance hors bande
(Respect du masque de puissance )
Sans fenecirctre (rectangulaire)
a
petit
a
grand
Exemple RCW proposeacutee dans lrsquoIEEE80211 a
- Une solution pour passage au signal reacuteel
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Mappingbits hellip
Codage Canal+
Doubleentrelacement
(Zero
Padding)
helliphellip
0
0
helliphellip
hellip hellip
PC (Fenecirctrage) hellip
Re
cos(2fpt)
CNA
Im
sin(2fpt)
CNA
iFFT
CAN
Synchro horloge
CAN
hellip
helliphellip
hellip
hellipSuppression
PC
helliphellip
0
0
hellip
Suppression
des zeacuteros
DemappingbitsDeacutecodage Canal
etdeacutesentrelacement
Synchro porteuse
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Emission
rarr Reacuteception
FFT
j
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
PCSymbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
hellip
FFTm
hellip
FFTm
hellip
rarr Synchronisation horloge
rarr Synchronisation correcte
rarr Erreur de phase
rarr Erreur de freacutequence
n0
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Problegravemes de synchronisation
OFDM reacuteception du signal
rarr Synchronisation porteuse
Re CNA
Im CNA
Emission passage en bande transposeacutee Reacuteception retour en bande de base
CAN
CAN
Erreur de freacutequence
Erreur de phase
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
PC (D)Symbole m-1
Symbole m
Info utile
tmax
FFTm
tlt Dtmax
tmax
FFTm
Rotation de la constellationsur chaque porteuse
FFTm
Atteacutenuation
Exemple de deacutegradation du TEB sur la porteuse l moduleacutee en BPSK (apregraves eacutegalisation)
Interfeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Synchronisation de phase horloge par mesure de correacutelation
rarr Estimateurs agrave base de symboles pilotes Moose (Ref 4) Schmidl ampCox (Ref 5)
Preacuteambule
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
Exemple sur le IEEE80211a geacuteneacuteration de redondance dans un preacuteambule
Symbole courts Symbole longs
rarr Utilisation du preacutefixe cyclique Van de Beek (Ref 6)
0 10 20 30 40 50 60 700
002
004
006
008
01
012
014
016
018
BPSK-gt64-QAM
frac12 23 frac34
BPSK 12
OFDM synchronisation
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Adaptation
de trameOFDM
Insertion
Preacutefixe
cyclique
Entrelaceur
InterneFlux
2
2 agrave 4
1 ou 2
HP
BP
Canal
hertzien
terrestre
Interface
physique
Mapping
QAM
bull Exemple du DVB-T porteuses pilotes
0 1 67
N = 1705 (2K) ou 6817 (8K) cellules
Une super trame = 4 trames =gt nombre entier de paquets RS par super trame
Une trame =gt 68 symboles OFDM
Un symbole ofdm = N sous-porteuses + un preacutefixe cyclique (PC)
0 1 NPC
Donneacutees (symboles QAM)
Informations de reacutefeacuterence
hellip
hellip
synchronisation estimation de canal
t
f
Pilotes disperseacutes
Sous-porteuses pilotes
Tramsmitting Parameter Signaling (TPS)
Informations de reacutefeacuterence
68 bits un bit TPS par trame sur plusieurs porteuses Modulation DBPSK
Modulation DBPSK Puissance gt1
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Synchronisation de freacutequence horloge
eacutechantillonnage FFT
rarr Conseacutequence drsquoune erreur de freacutequence horloge b
Atteacutenuation + rotation + ISI
rarr Estimation
OFDM synchronisation
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
numeacutero de porteuse
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesCorrectement rameneacutes en bande de base
Spectres sur les diffeacuterentes porteusesRameneacutes avec une erreur de freacutequence
Atteacutenuation
ICI
05 1 15 2 25 3 35 4
10-3
10-2
10-1
100
101
numeacutero de porteuse
rarr Deacutegradation sur le TEB (Ref 3)
(OFDM)(Monoporteuse)
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Monoporteuse SRRCF
OFDM 128 sous-porteuses QPSK
DfRs=0018
DfRs=000018
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15avec erreur de freacutequence
-2 -15 -1 -05 0 05 1 15 2-15
-1
-05
0
05
1
15
2
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
256 porteuses QPSK
1024 porteuses QPSK512 porteuses QPSK
-15 -1 -05 0 05 1 15-15
-1
-05
0
05
1
15
128 porteuses QPSK
OFDM DfRs=000018
bull Synchronisation de freacutequence porteuse impact drsquoune erreur
OFDM synchronisation
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Synchronisation de freacutequence porteuse par mesure de rotation
rarr Attention ambiguiumlteacute agrave lever sur la mesure
rarr Correction devant la FFT
bull Synchronisation de phase porteuse
bull Jitter de phase
rarr Rotation de la constellation sur chaque porteuse
rarr Estimation et correction derriegravere la FFT (avec estimation canal)
rarr Deacutegradation sur le TEB
(OFDM)(Monoporteuse)
rarr Etape preacutealable synchronisation de phase horloge
rarr Mesure de la rotation entre eacutechantillons du symbole pilote
OFDM synchronisation
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
rarr Vers une distribution Gaussienne pour les eacutechantillons des symboles OFDM
rarr Fluctuations drsquoenveloppe =gt Problegraveme en preacutesence de non lineacuteariteacutesrarr Mesure pour correction sur chaque symbole
rarr Correction lineacutearisation ou preacutedistorsion des amplificateurs techniques de traitement de signal(7-11) (eacutecreacutetage codageembrouillage ajout de signal Tone reservation modification de la constellation ACE)
bull Problegraveme poseacute mesure (PAPR Peak to Average Power Ratio)
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en BPSK BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
0 05 1 15 2 25 3
x 104
-2
-15
-1
-05
0
05
1
15
2signal SRRCF moduleacute en 16QAM BPSK sur chaque porteuse en OFDM
signal ofdm
signal SRRCF
OFDM facteur de crecircte
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
hellip
iFFTCalculPAPR
PAPR 1
PAPR M
V1(0)
V1(N-1)
Seacutelection de la
seacutequence de plus
faible PAPR
N iFFT
iFFTVM(0)
VM(N-1)
dm(0)
dm(N-1)
Fmp(0)
Fmp(N-1)
Fm1(0)
Fm1(N-1)
CalculPAPR
FmM(0)
FmM(N-1)
bull Exemple drsquoembrouillage Selected Mapping
OFDM reacuteduction du facteur de crecircte
M vecteurs Aleacuteatoires et indeacutependants
Numeacutero de la seacutequence agrave
transmettre au reacutecepteur
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Standard Bande de
freacutequence
utiliseacutee
(GHz)
Largeur
de
bande
(MHz)
Intervalle
de garde
(ns)
Deacutebit
utile
(Mbps)
par flux
MIMO
Mapping Taux de
codage
Nombre
max de
flux
MIMO
Mod Porteacutee (m)
Inteacuterieur Exteacuterieur
80211
(1997)
24 22 - 12 - FHSS
DSSS
20 100
80211b
(1999)
24 22 - 1 2 55
11
- DSSS 35 140
80211a
(1999)
5 20 800 6 9 12
18 24
36 48
54
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
1 OFDM 35 120
80211g
(2003)
24 DSSS
OFDM
38 140
80211n
(2009)
24 5 20 400 800 65 agrave
722
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
Convolutif
frac12 23 frac34
56
LDPC
(option)
4 OFDM 70 (24 GHz)
35 (5 GHz)
250
25040 15 agrave 150
80211ac
(2014)
5
avec
Beamforming
20 400 800 65 agrave 96 BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
8 35
40 135 agrave
200
80 292 agrave
433
BPSK
QPSK
16QAM
64QAM
256QAM
(option)
160
(option)
585 agrave
866
Couches physiques des standards IEEE80211
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
Evolution du DVB-T le DVB-T2
DVB-T DVB-T2
Codage canalConvolutif 12 23 34 56 78
+ RS(204188)LDPC + BCH 12 35 23 34 45 56
Modulations QPSK 16QAM 64QAM QPSK 16QAM 64QAM 256QAM
Intervalle de garde 14 18 116 132 14 19256 18 19128 116 132 1128
Modes OFDM 2k 8k1k 2k 4k 8k 16k 32k
Gestion du PAPR possibiliteacute MISO
Largeur de bande 6 7 ou 8 MHz 17 5 6 7 8 10 MHz
Pilotes disperseacutes 8 of total 1 2 4 8
Pilotes continus 26 of total 035
Exemples de comparaison
- UK MFN DVB-T (64-QAM 2k 23 IG=132) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 IG=1128) 2413 Mbits -gt 354 Mbits (+465)
- Italian SFN DVB-T (64-QAM 8k 23 IG=14) DVB-T2 (256-QAM 32k 35 GI=116) 1991 Mbits -gt 333 Mbits (+67)
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Version modifieacutee ADSL Lite (GLite Rec ITU G9922 1999)
Version laquo alleacutegeacutee raquo splitterless 128 porteusesRecouvrement + annulateur drsquoeacutecho512 kbps montant 15 Mbps descendant
La famille xDSL modulation DMT
bull Evolutions ReADSL (2003 G9933 Annex L)
bull ADSL (GDMT Recommandation ITU G9921 1999)
Solution asymeacutetrique (VoD)Seacutelectiviteacute en freacutequences =gt DMT Flux MPEG2 =gt codage canal16 agrave 640 kbps
Distance Deacutebits
55 km 1544 Mbps
49 km 2048 Mbps
37 km 6312 Mbps
27 km 8448 Mbps
PSD (dBmHz)
138 1104 f (kHz)
-365
552
-335
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull VDSL
Solution symeacutetrique ou asymeacutetriqueContexte FTTN ou FTTCab
1544 agrave 23 Mbps en mode FDMDMT agrave 2562
nsous porteuses n=2 3 ou 4
Distance Deacutebits
300 m 5184 Mbps
1000 m 2592 Mbps
1500 m 1296 Mbps
bull Evolutions ADSL2 (G9933 2002) puis 2+ (G9935 2003)
Doublement de la bande
Porteacutee reacuteduite
Optionnel utilisation bande POTS
Distance Deacutebits
1400 m 16 Mbps
2000 m 10 Mbps
3000 m 4 Mbps
La famille xDSL modulation DMT
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
(2) laquo OFDM Concepts for Future Communication Systems (Signals and Communication Technology) raquo H Rohling Signals and communication technology Springer avril 2013
(3) laquo BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and Wiener phase noise raquo TPollet PSpruyt M Moeneclaey IEEE Trans On Comm Vol 43 ndeg234 95(4) laquo A technique for OFDM frequency offset correction raquo PHMoose IEEE Trans On Comm Vol 42 ndeg10 oct 94(5) laquo Robust frequency and timing synchronization for OFDM raquo TMSchmidl and DCCox IEEE Trans On Comm Vol 45 ndeg12 dec97(6) laquo ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems raquo JHVan de Beek MSandell POBoumlrjesson IEEE Trans On Signal Proc Vol 45 ndeg7 july 97
(1) laquo Data transmission by frequency division multiplexing using discrete Fourier transform raquo S B Weinstein P M Ebert IEEE Trans On CommTech Vol COM-19 ndeg5 oct 71
(7) laquo A comparison of peak power reduction schemes for OFDM raquo S H Muumlller JB Huber Proc GLOBECOMrsquo97(8) laquo Peak-to-Average Power Ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequenceraquo LJ Cimini IEEE Comm Letters Vol 4 ndeg3 march 2000(9) laquo Peak-to-Mean Power Control in OFDM Golay complementary sequences and Reed-Muller CodesraquoJA Davis J Jedwab IEEE Trans On Information Theory Vol 45 ndeg7 nov99(10) laquo Peak Power Reduction for multicarrier transmission raquo JTellado JM Cioffi Proc GLOBECOMrsquo99(11) ETSI EN 302 755 V111 (2009-09) European Standard (Telecommunications series) Digital Video Broadcasting(DVB) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system (DVB-T2)
bull Geacuteneacuterales sur lrsquoOFDM
bull Synchronisation OFDM
bull Facteur de crecircte OFDM
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
Quelques reacutefeacuterences
bull Standards IEEE80211
- Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification IEEE Std 80211 1999 - High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band IEEE Std 80211a 2000 - Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 24 GHz Band IEEE Std 80211g 2003 - IEEE 80211n-2009mdashAmendment 5 Enhancements for Higher Throughput IEES-SA 29 October 2009- The IEEE 80211g standard for High Data Rate WLANs D Vassis G Kormentzas A Rouskas and I Maglogiannis
IEEE Network Vol 19 May-June 2005 p21-26- B Crow ldquoIEEE 80211 Wireless Local Area Networksrdquo IEEE Commun Mag vol 35 no 9 pp 116-126 Sept
1997 - Capacity Coverage and Deployment Considerations for IEEE80211g White paper Cisco Systems
bull Normes DVB terrestres
‒ laquo La teacuteleacutevision numeacuterique satellite cacircble TNT ADSL raquo Herveacute Benoicirct Dunod
‒ Digital Video Broadcasting (DVB) Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television norme ETSI EN 300 744
‒ Digital Video Broadcasting (DVB)Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) ETSI EN 302 755 V131 (2011-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) -coexistence of ADSL and ISDN-BA on the same pair raquo ANSI T1413 - 1998 modified norme ETSI TS 101 388 v111 (1998-11)
‒ laquo Transmission and Multiplexing (TM) Acess transmission systems on metallic access cables Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) ndash Part 2 transceiver specifications norme ETSI TS 101 270-2 v111 (2001-02)
bull Modems xDSL
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