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, ABLE DES MATIERES

INTRODUCTION .

PARTIE 1 INTRODUCTION ET GÉNÉRALITÉS SUR LES SYSTÈMES DE RADIOCOMMUNICATIONS

CHAPITRE 1 - PRINCIPES ET STANDARDS DE COMMUNICATIONS

MOBILES ET DE RÉSEAUX LOCAUX SANS FIL. . . . . .

1.1 Fonctionnement des systèmes de communications mobiles. . . . . . . 3

1.1.1 Principe de la radiotéléphonie mobile. . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1.2 Le concept cellulaire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1.3 Le sous-système radio: BSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1 .4 Le sous-système réseau: NSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.2 Les systèmes de communications mobiles de deuxième génération (2G) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2.1 GSM: Global system for mobile communication. . . . . . . . 8 1.2.2 DCS : Digital communication system. . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.2.3 DECT: Digital european cordless telephone . . . . . . . . . . . 10

1.2.4 IS 54 : North American digital cellular. . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.2.5 IS 95: CDMA One.............................. 11

1.2.6 IS 136 : Digital advanced mobile phone system. . . . . . . . . 11

1.2.7 PDC : Personal digital cellular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.2.8 PHS: Personal handy phone system. . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.3 Les évolutions des systèmes de communications mobiles de deuxième génération (2,5G) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.3.1 Le système GPRS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.3.2 Le système Edge GSM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3

Matériel protégé par le droit d'auteur

1.4 Les concepts des systèmes de communications mobiles de troisième génération . 15

1.4.1 Le système UMT$ . 15

1.4.2 Les évolutions en téléphonie mobile pour atteindre le haut débi( . 16

1.5 Les réseaux locaux sans fil . 17

1.5.1 Les normes IEEE802.15 : WPAN . 17

1.5.2 Les normes IEEE802.11 : WLAN . 19

1.5.3 Les normes IEEE802.16 : WMAN . 20

1.5.4 Les normes IEEE802.16 : WMAN . 22

CHAPITRE 2 - CARACTÉRISTIQUES DES CANAUX

DE PROPAGATION RADIO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1 Généralités...... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.2 La propagation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.2.1 Fréquences mises en jeu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.2.2 Longueur d'onde. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.2.3 Polarisation.................................... 26

2.2.4 Mécanismes de propagation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.3 Le signal reçu par un mobile. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.4 Les variations du champ local moyen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.4.1 Modèle à deux rayons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.4.2 Zones de Fresnel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.4.3 Pertes par diffraction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.4.4 Cas particulier des communications urbaines. . . . . . . . . . 35

2.4.5 Représentation statistique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.4.6 Modèles de prédiction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.5 Les évanouissements rapides. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.5.1 Phénomènes physiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.5.2 Représentation statistique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.5.3 Étalement temporel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.5.4 Canal variable dans le temps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.5.5 Dégradations introduites par les canaux de propagation. . 41

CHAPITRE 3 - PARAMÈTRES RADIO POUR LE DIMENSIONNEMENT

DES ÉMETTEURS/RÉCEPTEURS. . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.2 Température de bruit du système et fadeur de bruit. . . . . . . . . . . . 44

23

43


60

3.3 Sensibilité........................................... 48

3.4 Phénomènes non linéaires et paramètres associés. . . . . . . . . . . . . 48

3.4.1 Phénomènes non linéaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.4.2 Point d'interception d'ordres 3 et 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.5 Dynamique sans parasites (Spurious free dynamic ronge: SFDR) . . 58

CHAPITRE 4 - TECHNIQUES D'ACCÈS MULTIPLE. . . . . . . . . . . . . . .

4.1 Généralités . 60 4.1.1 Critère de qualité . 61

4.1.2 Organisation du réseau et caractéristiques du canal . 63 4.1.3 Organisation du duplex . 63

4.2 Les méthodes déterministes . 64 4.2.1 FDMA . 64 4.2.2 TDMA . 66 4.2.3 Exemple du GSM . 67

4.2.4 CDMA . 67

BIBLIOGRAPHIE DE LA PARTIE 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

PARTIE 2 PRINCIPES, MODÉLISATION ET SIMULATION DES TRAITEMENTS BANDE DE BASE

CHAPITRE 5 - 1NTRODUCTION, MODÈLES DE CALCUL

ET LOGICIELS DE SIMULATION BANDE DE BASE

5.1 Introduction et généralités. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

5.2 Logiciels de simulation pour les traitements bande de base. . . . . . 76

5.3 Conclusion.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

CHAPITRE 6 - MODULATIONS NUMÉRIQUES. . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Introduction et généralités. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

6.2 Codes en ligne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

6.2.1 Définitions des codes PAM : Pulse amplitude modulation. . 84

6.2.2 Densité spectrale des codes PAM, formule de Bennett. . . . 84

6.2.3 Principaux codes PAM binaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

6.2.4 Codes en ligne M-aires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

72

75

83


6.3 Généralités sur les modulations numériques . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

6.3.1 Critères de choix d'une modulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

6.3.2 Notations utilisées. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

6.4 Modulations à phase continue CPM : Continuous phase modulation 95

6.4.1 Modulations de fréquence à phase continue: CPFSK . . . . 96

6.4.2 Modulation GMSK : Gaussian minimum shift keying . . . . . 103

6.5 Modulations QAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

6.5.1 Modulations M-ASK par sauts d'amplitude. . . . . . . . . . . . 115

6.5.2 Modulations M-PSK par sauts de phase. . . . . . . . . . . . . . . 118

6.5.3 Modulations M-QAM par sauts d'amplitude et de phase combinées. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

6.6 Modulations QAM modifiées avec procédé de diminution de la dynamique de l'enveloppe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

6.6.1 Modulation OQPSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

6.6.2 Modulations 'IT/4 QPSK et 3'IT/8 8PSK. . . . . . . . . . .. . . . . 137

6.6.3 Modulations différentielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

6.7 Modulations multiporteuses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

6.7.1 Principe...................................... 143

6.7.2 Modulation OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

6.8· Modèle équivalent en bande de base. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

6.8.1 Étude du modèle équivalent bande de base sans bruit. . . 150

6.8.2 Étude du modèle équivalent en bande de base du bruit.. 151

6.9 Simulation d'un modulateur QAM avec un moteur de simulation de type « flot de données synchrones)} : SDF . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

6.9.1 Simulation d'un modulateur QAM en bande de base. . . . 152

6.9.2 Simulation d'un modulateur GMSK en bande de base. . . 161

6.10 Conclusions.......................................... 164

CHAPITRE 7 - RÉCEPTEUR OPTIMAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

7.1 Introduction . 165

7.2 Outils 166

7.2.1 Représentation de signaux déterministes . 166

7.2.2 Représentation des signaux aléatoires . 168

7.2.3 Filtrage adapté . 169

7.3 Fondements . 170

7.3.1 Modélisation . 170

7.3.2 Stratégie bayésienne - Notions de coût . 172 Matériel protégé par le droit d'auteur

7.3.3 Stratégie de Neyman-Pearson . 176

7.3.4 Observation vectorielle - Cas gaussien général . 178

7.3.5 Test à M hypothèses . 179

7.4 Détection de signaux à temps continu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

7.4.1 Représentation................................. 181

7.4.2 Troncature.................................... 182

7.4.3 Stratégie bayésienne............................. 182

7.4.4 Retour au continu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

7.5 Communication binaire en présence de bruit blanc. . . . . . . . . . . . 185

7.6 Communication M-aire (M hypothèses) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

7.7 Détection à maximum de vraisemblance d'une séquence de symboles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

7.8 Détection de signaux de phase inconnue, ou à paramètres inconnus.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

7.9 Récapitulatif sur les performances des différentes modulations pour un canal additif blanc gaussien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ·204

7.10 Conclusions.......................................... 206

CHAPITRE 8 - INTERFÉRENCES ENTRE SYMBOLES

ET ÉGALISATION

8.1 Interférences, critère de Nyquist . 208

8.2 Introduction à l'égalisation . 217

8.3 Les structures classiques de l'égalisation . 219

8.4 Méthodes autodidactes . 231

8.5 Estimation du canal . 237

8.6 Conclusions . 239

8.7 Listings des programmes spécialisés . 239

8.1.1 Interférences entre symboles . 209

8.1.2 Critère de Nyquist pour une transmission en bande de base sans lES . 212

8.1.3 Filtres de Nyquist en cosinus surélevé (Raised Cosine) . 215

8.3.1 Égaliseur transverse ' . 219

8.3.2 Égaliseur récursif à retour de décision . 229

8.4.1 Égaliseur autodidacte cascade . 232

8.4.2 Autres égaliseurs autodidactes . 236

208


CHAPITRE 9 - SYNCHRONISATION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

9.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

9.1.1 Synchronisation totalement numérique. . . . . . . . . . . . . . . 244

9.1.2 Cas particulier: récupération de porteuse. . . . . . . . . . . . . 245

9.1.3 Cas particulier: récupération de rythme. . . . . . . . . . . . . . 245

9.1 .4 Cas général: estimation conjointe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

9.2 Récupération de porteuse 245

9.2.1 Décalages forts: estimation de fréquence. . . . . . . . . . . . . 246

9.2.2 Décalages faibles: poursuite de phase. . . . . . . . . . . . . . . 246

9.3 Récupération du rythme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

9.3.1 Approche du maximum de vraisemblance. . . . . . . . . . . . 251

9.3.2 Méthode de la raie spectrale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

9.3.3 Interpolation numérique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

9.4 Cas des signaux à spectre étalé. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

9.4.1 Synchronisation grossière, acquisition. . . . . . . . . . . . . . . . 257

9.4.2 Synchronisation fine, poursuite. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

9.5 Exemples de mise en œuvre en Matlab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

9.5.1 Mise en place des signaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

9.5.2 Récupération de porteuse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

9.5.3 Récupération de rythme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

9.6 Conclusion............................... . . . . . . . . . . . 269

CHAPITRE 10- ÉTALEMENT DE SPECTRE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

10.1 Introduction.......................................... 270

10.2 Principe de l'étalement de spectre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

10.2.1 Étalement de spectre par séquence directe DS-SS . . . . . . . 271

10.2.2 Étalement de spectre par saut de fréquence FH-SS . . . . . . 273

10.2.3 Comparaison DS-SS et FH-SS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

10.2.4 Récepteur DS-SS pour un canal additif blanc gaussien. . . 274

10.2.5 Récepteur DS-SS pour un canal multi-trajet : récepteur Rake......................................... 275 .

10.3 Intérêt et applications de l'étalement de spectre. . . . . . . . . . . . . . . 277

10.3.1 Principe de l'accès multiple par code. . . . . . . . . . . . . . . . 277

10.4 Séquences à bonnes propriétés d'autocorrélation et d'intercorrélation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

10.4.1 Séquences PN à longueur maximale ou séquences M . . . . 279


10.4.2 Autres séquences PN, séquence de Gold, séquences de Kasami. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

10.4.3 Codes orthogonaux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

10.4.4 Séquences PN et codes orthogonaux utilisés dans les normes IS95 et UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

10.4.5 CDMA synchrone ou asynchrone: cas de l'IMT2000 et de l'UMTS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

10.5 Technique HPSK : Hybrid phase shift keying . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

CHAPITRE 11 - CODAGE DE SOURCE

11.1 Introduction.......................................... 293

11.1 .1 Idées de base des méthodes de codage issues de la théorie de l'information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

11.1.2 Critères d'appréciation d'un codage. . . . . . . . . . . . . . . . . 294

11.1.3 Codage et quantification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

11.1.4 Déroulement du chapitre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

11.2 Codage sans pertes, codage entropique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

11.2.1 Codage d'une source discrète sans mémoire. . . . . . . . . . 296'

11.2.2 Généralisation, codage entropique vectoriel. . . . . . . . . . . 300

11.2.3 Codage arithmétique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301

11.2.4 Algorithme de Lempel Ziv Welch (LZW) . . . . . . . . . . . . . . . 304

11.2.5 Conclusions sur le codage entropique, introduction aux autres méthodes de codage (avec pertes) . . . . . . . . . . . . . 306

11.3 Quantification prédictive. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

11.3.1 Quantification scalaire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

11.3.2 Quantification prédictive. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311

11.3.3 Schémas de codeurs/décodeurs utilisant la quantification prédictive. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

11.4 Quantification vectorielle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316

11.4.1 Performances d'un quantificateur vectoriel . . . . . . . . . . . . 316

11.4.2 Quantificateur vectoriel « optimal» ~ . 318

11.4.3 Quantification vectorielle de type forme/gain. . . . . . . . . . 320

11.5 Codeurs CELP : Code excited finear predictive. . . . . . . . . . . . . . . . 321

11.5.1 Introduction, généralités sur le signal de parole . . . . . . . . 321

11.5.2 Codage/décodage de la parole utilisant les prédicteurs à court terme et long terme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325

CHAPITRE 12 - CODAGE CANAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

12.1 Introduction.......................................... 332

293


12.2 Introduction aux codes en blocs linéaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

12.2.1 Distance de Hamming, distance minimale du code. . . . . . 334

12.2.2 Matrice génératrice d'un code linéaire. . . . . . . . . . . . . . . 335

12.2.3 Matrice de contrôle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336

12.2.4 Décodage par tableau standard. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338

12.3 Corps de Galois . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339

12.3.1 Groupes finis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339

12.3.2 Corps finis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 340

12.4 Bornes sur n, k, d pour les codes linéaires, codes parfaits. . . . . . . 354

12.4.1 Borne de Singleton. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354

12.4.2 Borne de Plotkin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355

12.4.3 Borne de Gilbert-Varshamov. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355

12.4.4 Codes parfaits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356

12.5 Codes cycliques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357

12.5.1 Introduction................................... 357

12.5.2 Exemple de construction d'un code cyclique de longueur n = 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361

12.5.3 Matrice de contrôle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361

12.5.4 Factorisation des polynômes x" - 1 dans GF(q), classes cyclotomiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

12.5.5 Distance minimale d'un code cyclique. . . . . . . . . . . . . . . 363

12.5.6 Codes BCH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363

12.5.7 Code de Fire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370

12.5.8 Performances des codes linéaires en blocs. . . . . . . . . . . . 371

12.6 Codes convolutifs linéaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371

12.6.1 Principes...................................... 371

12.6.2 Représentation des codes convolutifs. . . . . . . . . . . . . . . . . 376

12.6.3 Décodage des codes convolutifs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381

12.6.4 Performances des codes convolutifs. . . . . . . . . . . . . . . . . . 388

12.7 Construction de codes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389

12.7.1 Entrelacement.................................. 390

12.7.2 Modification des paramètres d'un code. . . . . . . . . . . . . . 390

12.7.3 Combinaison de codes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . '392

12.7.4 Quelques exemples de codes utilisés dans le GSM . . . . . . 393

12.8 Codes et distance euclidienne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394

12.8.1 Introduction aux modulations codées. . . . . . . . . . . . . . . . 395

12.9 Présentation des turbo-codes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399

12.9.1 Introduction................................... 399

12.9.2 Estimation MAP - LLR - information extrinsèque . . . . . . . . 400 Matériel protégé par le droit d'auteur

12.9.3 Principe du décodage itératif pour un code produit élémentaire 403

12.9.4 Codeur (classique) d'un turbo-code - Performances. . . . . 406

12.9.5 Décodeur MAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412

12.10 Conclusion ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417

CHAPITRE 13- LES TECHNIQUES MULTI-ANTENNES

EN COMMUNICATIONS NUMÉRIQUES. . . . . . . . . . 418

13.1 Introduction.......................................... 418

13.2 Le modèle de canal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419

13.3 Bases de théorie de l'information pour les canaux MIMO. . . . . . . . 420

13.3.1 Capacité pour les canaux MIMO ergodiques .. . . . . . . . . 420

13.3.2 Capacité pour les canaux MIMO quasi-statiques. . . . . . . . 422

13.4 La diversité de réception .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423

13.5 Le multiplexage spatial 425

13.6 Les techniques de formation de voie . . . . . . . . . . . . . 426

13.6.1 Principe de la formation de voie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426

13.6.2 Performances de la formation de voie. . . . . . . . . . . . . . . . 426

13.6.3 Connaissance du canal à l'émetteur. . . . . . . . . . . . . . . . . 427

13.7 Le codage spatio-temporel 429

13.7.1 Les codes spatio-temporels en bloc. . . . . . . . . . . . . . . . . . 429

13.7.2 Les modulations codées. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431

CHAPITRE 14 - LA CONVERSION ANALOGIQUE/NUMÉRIQUE

ET LA CONVERSION NUMÉRIQUE/ANALOGIQUE. 433

14.1 Échantillonnage et quantification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433

14.1.1 Généralités.................................... 433

14.1.2 Échantillonnage ~ . . . . . . . 433

14.1.3 Quantification.................................. 439

14.2 Les convertisseurs analogiques/numériques et numériques/analogiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444

14.2.1 Les types de convertisseurs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444

14.2.2 Caractéristiques et imperfections. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446

14.3 Considérations pour les communications numériques . . . . . . . . . . 451

BIBLIOGRAPHIE DE LA PARTIE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453


PARTIE 3 PARTIE RADIOFRÉQUENCE, PRINCIPES, MODÉLISATION ET SIMULATION

CHAPITRE 15- SIMULATION DES CIRCUITS ET SYSTÈMES. . . . . . . 461

15.1 Classification des méthodes de simulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461

15.2 La simulation temporelle et l'équilibrage harmonique. . . . . . . . . . 462

15.2.1 La simulation temporelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462

15.2.2 L'équilibrage harmonique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463

15.3 La simulation d'enveloppe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465

15.3.1 Principe théorique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466

15.3.2 Dimensionnement de l'analyse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467

15.3.3 Sources d'excitation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472

15.3.4 Résultats...................................... 472

CHAPITRE 16- MODÉLISATION ET SIMULATION

DES PHÉNOMÈNES NON LINÉAIRES,

TECHI\lIQUES DE LINÉARISATION. . . . . . . . . . . . . . 474

16.1 Grandeurs non linéaires caractérisant un circuit. . . . . . . . . . . . . . . 474

16.1.1 Définition d'un circuit non linéaire.................. 474

16.1.2 Point à 1 dB de compression....................... 475

16.1.3 Les produits d'intermodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477

16.1.4 Le point d'interception d'ordre n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478

16.2 Distorsions dues aux éléments radiofréquences. . . . . . . . . . . . . . . 479

16.2.1 Disiorsions linéaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479

16.2.2 Disiorsions non linéaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482

16.3 Grandeurs non linéaires caractérisa ni un sysième . . . . . . . . . . . . . 484

16.3.1 L'ACPR: Adiacent channel power ratio. . . . . . . . . . . . . . . 484

16.3.2 L'EVM: Errar vedor measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488

16.3.3 Le NPR : Noise power ratio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491

16.4 Modélisation bande de base d'une non-linéarité sans mémoire, exemple d'une non-linéariié polynomiale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 492

16.4.1 Principe...................................... 492

16.4.2 Exemple d'une non-linéarité polynomiale. . . . . . . . . . . . . 493

16.5 Techniques de linéarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494

16.5.1 Introduction................................... 494

16.5.2 Techniques de conire-réaction ou Feedback . . . . . . . . . . . 495 Matériel protégé par le droit d'auteur

16.5.3 Techniques Feedforward . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496

16.5.4 Techniques d'attaque par des signaux à enveloppe constante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497

16.5.5 Techniques de prédistorsion numérique. . . . . . . . . . . . . . . 499

16.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500

CHAPITRE 17- GÉNÉRATION ET TRANSPOSITION

DE FRÉQUENCE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502

17.1 Étage de transposition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502

17.1.1 Le mélangeur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502

17.1.2 L'oscillateur. .... .... .... ... .... ..... ... .... .... 511

17.2 Génération de fréquence par PLL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514

17.2.1 Définition..................................... 514

17.2.2 Éléments constitutifs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514

17.2.3 Modèle linéaire de la boucle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517

17.2.4 Application à la synthèse de fréquences . . . . . . . . . . . . . . 519

17.3 Principales caractéristiques et performances d'une PLL. . . . . . . . . . . 521

17.3.1 Caractéristiques fondamentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521

17.3.2 Illustration des performances. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529

17.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539

CHAPITRE 18 - DIMENSIONNEMENT D'UNE LIAISON RADIO

NUMÉRIQUE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540

18.1 Introduction.......................................... 540

18.2 Dimensionnement du récepteur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543

I' • 1 •d (Ev) 54318..2 1 Determmatron u rapport No necessOlre ,

18.2.2 Facteur de bruit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543

18.2.3 Défaut d'isolation entre le transmetteur et ~e récepteur. . . 545

18.2.4 Sélectivité au canal adjacent (ad;acent channel se/ectivity). 545

18.2.5 Linéarité du récepteur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546

18.3 Dimensionnement de l'émetteur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553

18.3.1 Principaux points de la norme 3GPP pour la partie émission. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554

18.3.2 Contrainte d'émissions parasites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556

18.3.3 Contrainte sur les produits d'intermodulation . . . . . . . . . . 557

18.3.4 Contraintes sur le spectre de sortie. . . . . . . . . . . . . . . . . . 558

18.3.5 Contrainte sur l'EVM : Error vector magnitude. . . . . . . . . . 559


CHAPITRE 19- ARCHITECTURES DES RÉCEPTEURS. . . . . . . . . . . . . 561

19.1 Introduction aux récepteurs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561

19.2 Récepteur hétérodyne 563

19.3 Récepteurs à réiection d'image. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565

19.3.1 Structure de Hartley . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565

19.3.2 Structure de Weaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568

19.4 Récepteur homodyne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569

19.4.1 Tension continue dans les récepteurs homodynes . . . . . . . 570

19.4.2 Récepteur avec une fréquence intermédiaire presque nulle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572

CHAPITRE 20 - ARCHITECTURES DES ÉMETTEURS. . . . . . . . . . . . . . 573

20.1 Introduction aux émetteurs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573

20.2 Architectures avec ou sans fréquence intermédiaire. . . . . . . . . . . . 574

20.3 Boucle de synthèse de fréquence modulée. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581

20.3.1 Insertion de la modulation par la référence. . . . . . . . . . . . 582

20.3.2 Insertion de la modulation directement dans la boucle. . . 582

20.3.3 Boucle modulée au niveau du VCO . . . . . . . . . . . . . . . . . 583

20.3.4 Boucles modulées large bande. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584


PARTIE 4 PERFORMANCES D'UNE LIAISON, INFLUENCE DES IMPERFECTIONS DES DIFFÉRENTS BLOCS

CHAPITRE 21 - TECHNIQUES D'ESTIMATION

DE PERFORMANCES o........................ 593

21.1 Introduction.......................................... 593

21.1.1 Généralités.................................... 593

21.1.2 Rappel sur les notions de biais, variance, intervalle de confiance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594

21.2 Techniques d'estimation de probabilités d'erreurs. . . . . . . . . . . . . 595

21.2.1 Méthode semi-analytique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595

21.2.2 Méthode de Monte Carlo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596 Matériel protégé par le droit d'auteur

21.2.3 Méthode Importance sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599 21.2.4 Conclusion sur les méthodes d'estimation de probabilité

d'erreurs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601

21.3 Réglage des paramètres numériques permettant de simuler une

liaison analogique avec un rapport (~~) donné. . . . . . . . . . . . . 601

21.4 Estimation spectrale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602 21.4.1 Définitions de l'autocorrélation et de la densité spectrale

de puissance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603 21.4.2 Estimation de la dsp pour un signal connu sur N points. . 604

CHAPITRE 22 - INFLUENCE DES IMPERFECTIONS

DES DIFFÉRENTS BLOCS DE LA LIAISON

SUR LES PERFORMANCES GLOBALES. . . . . . . . . . . . 619

22.1 Introduction.......................................... 619

22.2 Cosimulation analogique/numérique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620 22.2.1 Simulation système. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620 22.2.2 Cosimulation système/circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621

22.3 Simulation de la liaison idéale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623 22.3.1 Analyse des blocs modulateur et démodulateur. . . . . . . . . 623 22.3.2 Analyse de la liaison complète. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624

22.4 Influence des non-linéarités. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625

22.5 Influence du bruit de phase d'oscillateur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627

22.6 Influence d'un défaut de quadrature sur le modulateur IQ. . . . . . . 628


ANNEXE A - NOTION D'ENVELOPPE COMPLEXE

D'UN SIGNAL PASSE-BANDE................... 631

A.1 Définition ~. . . . . . . . . . . 631

A.2 Rappel sur la transformation de Hilbert. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631

A.3 Signal analytique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632

A.4 Enveloppe complexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632

ANNEXE B - DENSITÉ SPECTRALE DE PUISSANCE

DES SIGNAUX PAM, FORMULE DE BENNETT. . . . . 633

B.1 Moment d'ordre 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634

B.2 Moment d'ordre 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634


ANNEXE C - RAPPELS D'ALGÈBRE 637

C.1 Groupes . 637

C.1.1 Sous-groupes . 637

C.1.2 Groupes quotients . 637

C.2 Anneaux . 638

C.2.1 Anneau intègre . 638

C.2.2 Idéal . 639

C.2.3 Anneau principal . 639

C.3 Corps 639

CA Espaces vectoriels sur un corps commutatif . 639

C.5 Structures d'algèbre . 640

C.6 Polynômes sur un corps commutatif, théorème de Bezout . 640

C.6.1 Zéros ou racines d'un polynôme '.' .. 641

C.6.2 Plus grand commun diviseur, algorithme d'Euclide et théorème de Bezout . 641

C.6.3 Polynômes irréductibles sur le corps K . 644

INDEX ... , .... . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . .. 645
