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Transmission OFDM pour la téléphonie cellulaire

Piskonova, Galyna (2003). Transmission OFDM pour la téléphonie cellulaire. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les communications numériques envahissent la quasi-totalité des domaines d'activités et la demande pour des systèmes de transmissions assurant des très hauts débits avec une qualité de service importante ne cesse de croître. De nombreuses applications sont apparues récemment sur la plupart des supports physiques de transmissions possibles (tant câblés que hertziens).

Ceci a motivé la recherche de nouveaux modes de transmissions capables de supporter des transmissions à large bande. En effet le signal utile est perturbé par de nombreuses dégradations lors de sa transmission (pollution par du bruit et des parasites, atténuation et distorsion lors de la propagation,...). Pour cette raison, il est nécessaire de disposer de techniques de transmission efficaces combinées à des algorithmes de réception adéquats. En outre, le canal de propagation est généralement partagé entre plusieurs sources (la bande de fréquence est par exemple partagée entre les utilisateurs dans les systèmes cellulaires) ce qui nécessite des techniques d'accès multiples pour permettre plusieurs transmissions simultanées.

Plusieurs techniques existent pour transmettre des données sur un canal de transmission. Celles ci peuvent être grossièrement divisées en 3 catégories: multiplexage en temps, par code ou en fréquence. Le multiplexage en temps (TDMA) est utilisé par exemple dans les systèmes de téléphonie cellulaire de 2e génération tandis que le multiplexage par code (CDMA) a été adopté pour les systèmes cellulaires de 3e génération UMTS. La 3e technique: le multiplexage fréquentiel, a été popularisée principalement par le succès des systèmes dits OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing [1]. Le principe des systèmes OFDM est d'utiliser plusieurs fréquences porteuses pour répartir un flot d'informations à transmettre à travers un canal de transmission à large bande sur plusieurs sous-canaux à bande étroite (chacun correspondant à une des fréquences). Ceci explique la dénomination de transmission multiporteuse qui est souvent utilisée pour parler des systèmes OFDM.

Ce mémoire porte sur la conception des systèmes de transmission OFDM et étudie de nouveaux axes de recherche visant à améliorer leur performance et leur fiabilité. Il porte plus particulièrement sur l'un des problèmes les plus importants des systèmes OFDM: celui du facteur de crête ou PAPR: Peak to Average Power Ratio. Celui-ci est dû au fait que la transmission OFDM n'a pas la propriété d'être à enveloppe constante. En effet à cause de la modulation à l'émetteur des symboles à transmettre par la matrice d'IFFT, les symboles temporels transmis effectivement sur le canal ont un module qui n'est pas constant et varie largement. Ceci conduit à des problèmes de saturation de l'amplificateur de puissance utilisé pour amplifier le signal avant sa transmission via l'antenne émettrice. Il s'ensuit une distortion des symboles émis qui peut fortement dégrader les performances du système.

Ce mémoire peut être vu comme étant formé de 2 parties qui sont interconnectées tout au long de ce document:

- Conception et simulation d'un système OFDM traditionnel et adaptation de ce modèle à l'étude de la problématique mentionnée ci-dessus. Dans ce système, la structure des facteurs complexes de rotation est la même que la modulation de données QPSK. Par conséquent, on a besoin d'un canal supplémentaire pour la transmission de l'information concernant ces facteurs de rotation au récepteur.

- Simulations et études des performances du système en utilisant l'approche PTS (Partial Transmit Sequences) modifiée pour diminuer la largeur de bande requise pour la transmission de l'information et du nombre de canaux utilisés. L'approche proposée change les valeurs des facteurs complexes de rotation et évite donc la transmission de l'information latérale concernant ces facteurs de rotation sur un canal supplémentaire. La structure proposée de l'approche PTS donne un bon compromis entre les performances au niveau de facteur de crête et la complexité du système. Elle permet de diminuer le rapport de PAPR de 2-3 dB dépendamment des valeurs des facteurs complexes de rotation comparativement au système OFDM-PTS classique.

Titre traduit

Transmission OFDM for cellular telephony

Résumé traduit

OFDM technology promises to be a key technique for achieving the high data capacity and spectral efficiency requirements for wireless communication systems of the near future. The major problem of these systems is the large Peak-to-Average power Ratio (PAR) of the transmit signal, which renders a straightforward implementation very costly and inefficient.

This thesis presents an investigation into methods for reducing the Crest Factor (peak to average power ratio of the RF signal envelope) of OFDM signals. The required simulations have been performed using the SPW software. This thesis can coarsely be subdivided into two parts which are inter-connected throughout this document.

The first part consist in the design and simulation of a traditional system OFDM, adaptation of this model to study of the problems mentioned above. In the original PTS system, the structure of the complex weighting factors is the same as the QPSK signal structure. However, the weight of the phase rotation must be send to the receiver in side information channels.

In the second part, we propose a modified PTS method (partial transmitted sequences) for reducing the Crest Factor (peak to average power ratio of the RF signal envelope) of OFDM signals in term of reduction the bandwidth necessary for transmission and the number of channels used. This technique achieves a lower CF than the original PTS method , giving a CF as low as 2.5 dB, which is 2-3 dB lower than the original PTS technique. Estimation should be done without using the side information channel for another frequency or time. The structure of the complex weighting factors is changed so as not to confuse it with the phase rotation due to data modulation. By computer simulation, we confirmed that the proposed method have good performance without side information channels and produce a net improvement of 3 dB to the symbol CF. Proposed method give a very good estimation of factors of rotation for large Eb/No and a large number of subcarriers in a cluster IFFT.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie électrique". Bibliogr : f. [201]-205.
Mots-clés libres: Multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence. Dispositifs à ultra-large bande, Téléphone cellulaire.
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Gargour, Christian
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de thèse
Batani, Naïm
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 11 mai 2011 13:52
Dernière modification: 17 oct. 2016 23:59
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/783

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