Système de transmission haut débit pour Micro Drones en Système de transmission haut débit pour Micro Drones en environnement sujet aux trajets multiples et aux masquagesenvironnement sujet aux trajets multiples et aux masquages

Contexte de l’étude:

Transmission de la Vidéo à 1.2 Mbits.s-1 suivant deux Modes:

Caractéristiques du canal de propagation

Transmission d’un flux d’images JPEG à 1.2 Mbits depuis une charge utile vidéo embarquée sur un drone, dans la bande Industrielle Scientifique et Médicale ISM. La bande ISM est une bande de 79 MHZ entre 2.4 et 2.485 GHz. L’ Agence Nationale des Fréquences autorise une PIRE de 10mW en extérieur et 25 mW en Intérieur. La transmission à lieu en zone semi urbaine bâtiments bas et espacés, sur une distance maximum de 1km. Les trajets multiples et les masquages perturbent la transmission qui doit être durcie en conséquence avec des techniques type Égalisation, OFDM ou Spectre Étalé + rake

Techniques de mitigation des trajets multiples

Stage ONERA-DEMR & SUPAEROStagiaire : Fabien Mulot Encadrement : ONERA Joël LEMORTON SUPPAERO Vincent CALMETTES

Objectif du stage Proposer des techniques pour durcir une transmission de donnée pour micro-drone dans un environnement à trajets multiples.Développer des modèles Simulink des schémas de transmission retenus

Image non compressée 640*480 pixels NVG

302 Ko par image

Image basse qualité compressée d ’un facteur 33.5 , 14i/s mode1

9Ko par image

Image haute qualité compressée d ’un facteur 8, 3.3 i/s mode2

32Ko par image

Pour un débit de 1.2 Mbits.s-1, le système fournit:

14 i/s en basse qualité, les détails fins ne sont pas visibles mais la qualité suffit à la navigation du micro-drone

3.3 i/s en basse qualité, les détails fins sont visibles. Ce mode permet de fournir des scènes plus détaillées, en phase d ’observation.

Le signal est affecté par: Les pertes de trajet.

Les masquages dus aux obstacles importants (bâtiments arbres) occasionnant des pertes de 5 à 20 dB, et variant sur des distances de l ’ordre de la centaine de mètres. L ’atténuation due aux masquages se modélise par une loi log-normale.

Les trajets multiples, dus aux phénomènes, de diffraction, de diffusion sur des surfaces rugueuses, de réflexions des ondes radio. Les ondes se recombinent en créant ses inférences destructives ou constructives au niveau du récepteur. L ’atténuation due aux trajets multiples se modélise par une ligne à retards. A chaque retard correspond un coefficient complexe qui suit une loi de Rice pour un trajet direct ou une loi de Rayleigh pour un trajet sans visibilité

Le bruit additif blanc gaussien.

Pertes de trajet Masquages Trajets Multiples AWGN

Y(t)

1 2 n

1(t) 2(t) n(t)

X(t)

Canal de propagation mobile.

Les trois échelles de variation du signal.

Forme standard du canal multitrajet

Modèle urbain à 6 rayons pour le GSM pour un mobile se déplaçant à 50 Km/h.

Codage canal: Objectif: Fournir un TEB de 10-7 après décodageEntrelaceur externe, pour rendre aléatoire le canal à mémoire.Code convolutif poinçonné 4/3 [177/133]Entrelaceur interne, étale les paquets d’erreurs résiduellesCode RS(204/188), corrige 16 symboles de 8 bits erronés

QPSK -Égalisation: Filtre adaptatif , algorithme LMS: Efficace pour une réponse impulsionnelle du canal s ’étalant sur un symbole Égalisation MLSE (maximum likelyhood séquence estimator) utilisant un algorithme de Viterbi: La méthode la plus efficace mais de complexité importante. La complexité du treillis requise pour 1.2 Mbits.s-1 est de 45 = 1024

Bande occupée après codage 2.3 GHz

Schémas de transmission-réception spécifiques:

OFDM:

L ’OFDM permet un débit supérieur à 1.2 Mbits.s-1; par exemple 3.5 Mbits.s-1

Codage Canal mapping QPSKType de séquence d’apprentissage séquence PN Alternance donnée/séquence d’apprentissage 20 symboles de données suivis de 4 symboles d’apprentissages pour estimation du canalDébit de symboles QPSK après codage 4.5 Msymb.s-1 Durée du symbole OFDM 50 µsNombre de porteuses de données 232Nombres de porteuses pilotes 4Nombre total de porteuses 256Longueur du préfixe cyclique 5 µsBande occupée 5.012 MHz

Caractéristiques: Canal sélectif en fréquence, de réponse impulsionnelle de durée 5µs

Btot=N+1/Tsymb

1 2 NN-1

fréquence

Porteuses OrthogonalesPilote Pilote

B=1/TsymbComposante

continue

Bourrage à zéro

Nombre de porteuses de données OFDM requises en fonction du débit avant codage.Bande OFDM

2

1

IQ demapper

3

4

Path SearchDescramble Despread Integrate and Dump Channel estimation

y(t-1)

y(t-2)

y(t-3)

y(t-4)

y(t)

g*(t-1)

g*(t-2)

g*(t-3)

g*(t-4)

MRC

CDMA rake:

Vidéo 1.12 Mbits/sCodage Canal mapping QPSK1 canal de données, 1 canal pilote Débit de symboles QPSK: 0.8102 Msymb/sSpreading: code OVSF de longueur 64Scrambling: code PN Débit chip sur les voix I et Q:Fc = 1.6204 x 64 = 51.8536 Mchips/sDébit binaire sur le canal pilote, sur les voix I et Q:Fc/256 = 202.6 Ksymb/sSpreading : code OVSF de longueur 256 Scrambling : PN codeFacteur de roll-off du SRRC 0.4Bande de transmission occupée = RS.(1+) = 72.6 MHz1 récepteur rake

Récepteur rake.

IQ Scrambling code

IQ Scrambling code

Up sampling

Up sampling

SRRCFiltering

SRRCFiltering

QPSKMapping

QPSKMapping

IQ Spreading code

IQ Spreading code

CodingCoding

Émetteur spectre étalé.

S1(k)..Sn(k)

S1(k)

Sn(k)

S/PS/P

00

IFFT

IFFT

CPCP

Symbolmapping

Symbolmapping

P/SP/S

bourrage sur

2N points

Canal

Insertion de l’intervalle de garde

Émetteur OFDM

Profil puissances moyennes retards relatifs du canal