2.5
Analyse critique du syst`eme MB-OFDM
2.5.1
Points forts
La technique multibande OFDM associ´ee `a une modulation cod´ee `a bits entrelac´es (BICM) r´epond aux attentes des syst`emes UWB, `a savoir un signal robuste aux effets du canal tel que la s´electivit´e. Il permet en outre de lutter contre l’interf´erence inter- symbole introduite par l’´etalement des retards du canal grˆace `a l’utilisation d’un intervalle de garde de type zero-padding sous r´eserve que celui-ci soit correctement dimensionn´e.
La maˆıtrise des techniques OFDM rend la mise en œuvre de la solution MB-OFDM relativement simple et peu coˆuteuse. Le point critique pour l’application de l’OFDM `a l’UWB est la conversion analogique-num´erique qui repr´esente un coˆut important sur de larges bandes de fr´equences. La limitation de l’occupation spectrale des symboles MB-OFDM `a 528 MHz rend la conversion tout `a fait possible avec des composants relativement bas coˆuts.
Enfin la mise en œuvre du TFC permet `a chaque utilisateur de b´en´eficier de la diversit´e en fr´equence ´equivalente `a trois sous-bandes. Une sous-bande n’´etant occup´ee par un utilisateur donn´e en moyenne qu’un tiers du temps, la puissance `a l’´emission peut ˆetre augment´ee tout en respectant la DSP moyenne maximale impos´ee par les organismes de r´eglementation.
2.5.2
Points faibles
L’inconv´enient majeur de la solution MB-OFDM pour des applications UWB in- door WPAN est le nombre limit´e de piconets qui vont pouvoir cohabiter dans un environnement proche. A la vue du d´ecoupage du spectre propos´e par l’Alliance Wi- Media (Fig. 2.7), il apparaˆıt que le nombre maximal de piconets est limit´e `a trois par groupe de sous-bandes alors que des sc´enarios permettant la cohabitation entre au moins quatre piconets sont envisag´es. Ainsi, `a partir de quatre piconets dans un mˆeme environnement, deux seront amen´es `a utiliser la mˆeme sous-bande conduisant in´evitablement `a de l’interf´erence inter-piconets. Dans [53] il est pr´evu un taux de collision acceptable entre deux TFC de 1/3 en s’assurant que la distribution des col- lisions soit correctement r´epartie entre les diff´erents TFC par l’utilisation des TFC 1 `a 4 du tableau 2.2.
Pour palier `a cette limitation de la solution MB-OFDM, nous proposons dans le chapitre 3 l’ajout d’une composante d’´etalement de type CDMA(33) favorisant la
cohabitation en discriminant les piconets par leurs s´equences d’´etalement qui leur sont propres. De plus comme nous le verrons, l’´etalement va permettre l’ajout d’un degr´e de robustesse suppl´ementaire au signal MB-OFDM.
76 la solution multibande ofdm Enfin, le dimensionnement de l’intervalle de garde n’est pas adapt´e aux canaux pr´esentant un ´etalement trop important des retards comme c’est le cas pour les ca- naux NLOS CM3 et CM4 pour lesquels la distance entre l’´emetteur et le r´ecepteur est sup´erieure `a 4 m`etres. Cette d´egradation affecte principalement les modes corres- pondants aux d´ebits les plus ´elev´es (320, 400 et 480 Mbit/s), c’est-`a-dire les modes n’utilisant pas d’´etalement.
2.6
Conclusion
Dans ce second chapitre, nous avons pr´esent´e dans un premier temps la modulation multiporteuse OFDM afin de comprendre son principe et ses atouts pour les syst`emes de communication UWB. Elle est en effet une bonne candidate grˆace notamment `a sa maturit´e et surtout `a ses avantages en terme de robustesse sur des canaux multi-trajets et s´electifs en fr´equence tels que le sont les canaux UWB.
Nous avons ensuite pr´esent´e les param`etres de la solution MB-OFDM tels qu’ils sont d´ecrits dans la norme ECMA-368. La principale diff´erence avec un syst`eme OFDM classique est l’utilisation des codes temps-fr´equence (TFC) TFI et TFI2 qui permettent d’une part d’exploiter la diversit´e disponible sur une bande de fr´equences deux `a trois fois plus large mais ´egalement de limiter les effets des interf´erences d’acc`es multiple en offrant la possibilit´e `a plusieurs piconets de cohabiter dans un environne- ment proche.
Les simulations de la chaˆıne MB-OFDM nous ont confirm´e la bonne capacit´e du syst`eme `a exploiter la diversit´e du canal de transmission ainsi que l’int´erˆet de l’utilisation du TFC pour accroˆıtre cette diversit´e. Une d´egradation des performances a cependant ´et´e constat´ee pour les hauts d´ebits de la solution MB-OFDM sur les canaux pour lesquels l’´etalement des retards devient trop important par rapport `a la dur´ee de l’intervalle de garde.
La gestion multi-piconet apparaˆıt cependant comme la principale limitation du syst`eme MB-OFDM. En effet, le nombre de piconets pouvant cohabiter dans un en- vironnement proche est limit´e `a trois pour chaque groupe de sous-bandes. Au del`a de trois piconets, de l’interf´erence inter-piconets apparaˆıt. Nous allons ainsi proposer dans le chapitre suivant une solution permettant de conserver les avantages du sys- t`eme MB-OFDM tout en offrant la possibilit´e au syst`eme d’augmenter le nombre de piconets pouvant cohabiter par l’utilisation de codes CDMA.
Chapitre 3
Le pr´ecodage lin´eaire pour l’UWB
multibande
Sommaire
3.1 Introduction . . . 78 3.2 La combinaison des techniques OFDM et CDMA pour
l’UWB . . . 78 3.2.1 Les modulations multiporteuses `a spectre ´etal´e . . . 78 3.2.2 Le choix du LP-OFDM . . . 85 3.2.3 Int´erˆets de cette nouvelle forme d’onde pour l’UWB . . . . 87 3.3 Le syst`eme LP-OFDM ´etudi´e . . . 88 3.3.1 Expressions des signaux LP-OFDM . . . 89 3.3.2 Le choix de la matrice de pr´ecodage lin´eaire . . . 91 3.3.3 R´eception des signaux LP-OFDM . . . 91 3.3.4 Param`etres du syst`eme UWB - LP-OFDM . . . 97 3.4 Conclusion . . . 98
78 le pr´ecodage lin´eaire pour l’uwb multibande
3.1
Introduction
Nous avons vu dans le chapitre pr´ec´edent l’int´erˆet que pr´esente le syst`eme MB- OFDM pour les syst`emes de communications UWB grˆace `a la robustesse de l’OFDM face `a un canal `a trajets multiples, sa simplicit´e de mise en œuvre, notamment pour l’´egalisation des signaux `a la r´eception, et ses avantages en terme de r´eduction d’inter- f´erence intersymbole. Cependant, nous avons constat´e que l’acc`es multiple repr´esente ici une limitation non n´egligeable du syst`eme MB-OFDM en particulier dans le cadre de r´eglementations relativement restrictives telle que celles de l’Union Europ´eenne (cf. section 1.3.1.3). Cette constatation nous a conduit `a combiner les avantages du CDMA(1), notamment en terme d’acc`es multiple, avec la robustesse de l’OFDM nous
donnant un syst`eme hybride OFDM-CDMA dans lequel l’information est ´etal´ee sur l’ensemble des sous-porteuses par l’utilisation d’une matrice de pr´ecodage. Comme nous allons le voir, cette combinaison permet d’accroˆıtre l’exploitation de la diversit´e du syst`eme mais offre surtout la possibilit´e `a plusieurs utilisateurs d’acc´eder `a une res- source commune simultan´ement. Nous allons ´etendre ce principe `a l’utilisation d’une matrice de pr´ecodage lin´eaire auquel cas un utilisateur donn´e r´ealisera l’´etalement sur un ensemble de sous-porteuses qui lui est propre. Nous parlerons alors d’OFDM pr´ecod´e lin´eairement ou LP-OFDM(2) [59].
Nous allons dans la premi`ere section introduire de mani`ere g´en´erale des techniques hybrides combinant l’´etalement de spectre avec la modulation multiporteuse OFDM. Cette description nous conduira `a choisir parmi l’ensemble des combinaisons possibles la technique LP-OFDM qui est dans notre cas la technique que nous avons jug´ee la plus adapt´ee pour l’UWB multibande. La seconde section pr´esente le syst`eme LP- OFDM ´etudi´e. Le nouveau syst`eme ´etant obtenu `a partir du syst`eme MB-OFDM, cette description s’attardera principalement sur les nouvelles fonctions introduites ainsi que sur leur dimensionnement.