Analyse des performances

Les performances du syst`eme MIMO LP-OFDM ont ´et´e ´evalu´ees sur le canal CM1 dans plusieurs configurations. Nous avons dans un premier temps utilis´e quatre r´eali- sations de canal totalement d´ecorr´el´ees issues du mod`ele IEEE 802.15.3a destin´e aux syst`emes SISO pour simuler le canal MIMO, les performances obtenues servant de r´ef´erences pour les cas utilisant le canal MIMO pr´esent´e pr´ec´edemment. Cette confi- guration correspond en effet au cas o`u les quatres canaux spatiaux sont totalement

4.6 extension au cas mimo 133 0 0,4 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 SNR = 0dB SNR = 5dB SNR = 10dB SNR = 15dB 0,132 0,66 d/λc C a p a ci t´e [b it / s/ H z]

Fig. 4.15 – Capacit´e d’un syst`eme MIMO-UWB 2<sub>×2 en fonction de l’espacement entre</sub> antennes (en fraction de la longueur d’onde correspondant `a la fr´equence centrale) pour diff´erents SNR.

D´ebit [Mbit/s] Rendement de codage R Charge NL NCBPS

51.2 1/3 4 48 76.8 1/3 6 72 115.2 1/3 9 108 153.6 1/3 12 144 192 1/2 10 120 307.2 1/2 16 192 409.6 2/3 16 192 460.8 3/4 16 192

Tab. 4.2 – D´ebits simul´es pour l’´evaluation des performances du syst`eme MIMO LP-OFDM.

134 optimisation du syst`eme lp-ofdm d´ecorr´el´es ce qui permet au syst`eme de b´en´eficier d’un maximum de diversit´e et donc d’obtenir des performances optimales. Dans un second temps nous avons utilis´e le ca- nal MIMO d´ecrit `a la section 4.6.2 en consid´erant les trois espacements entres antennes d = [1, 5, 20] cm choisis dans la section pr´ec´edente. Les puissances `a l’´emission et `a la r´eception avant l’ajout du terme de bruit, ont ´et´e normalis´ees afin de ne pas faire apparaˆıtre le gain d’antennes de 3 dB entraˆın´e par l’utilisation de deux antennes en r´eception. L’analyse des performances montrera alors uniquement l’apport du MIMO en termes de diversit´e.

La figure 4.16 pr´esente le rapport Eb/N0 n´ecessaire pour pouvoir obtenir un taux

d’erreur binaire ´egal `a TEB = 10−4_{en fonction du d´ebit sur le canal CM1. Elle pr´esente}

´egalement `a titre de comparaison les performances obtenues dans le cas SISO pour les mˆemes d´ebits. On observe imm´ediatement un gain tr`es int´eressant en termes de performances du syst`eme MIMO par rapport au syst`eme SISO. D`es l’utilisation d’un tr`es faible espacement entre antennes, d = 1 cm, le gain obtenu est tr`es important, il est ainsi sup´erieur `a 3 dB pour le d´ebit 460.8 Mbit/s. On constate que le gain apport´e par le MIMO est d’autant plus important que le rendement de codage est ´elev´e. En effet, l’utilisation d’un code de faible rendement permet d´ej`a d’exploiter pleinement la diversit´e, l’apport du MIMO est alors minime. En revanche, l’apport du MIMO est beaucoup plus important dans le cas d’un codage de rendement ´elev´e qui ne permet pas de tirer suffisamment parti de la diversit´e du canal. L’augmentation de l’espacement permet d’accroˆıtre ce gain et de faire tendre les performances vers celles obtenues dans le cas de l’utilisation de quatre canaux totalement d´ecorr´el´es. On notera que l’utilisation d’un espacement d = 5 cm permet d’obtenir des performances tr`es proches de celles obtenues dans le cas o`u les canaux sont totalement d´ecorr´el´es confirmant ainsi les conclusions tir´ees `a partir de la figure 4.15 qui montrait que le syst`eme exploite de mani`ere optimale la capacit´e du canal d`es lors que l’espacement entre antennes est au minimum ´egal `a une demi-longueur d’onde.

Ces r´esultats montrent l’int´erˆet du passage de la chaˆıne SISO LP-OFDM au cas MIMO en permettant d’am´eliorer les performances du syst`eme, cette am´elioration ´etant plus significative pour les hauts d´ebits. Ils ont ´egalement permis de d´eterminer la distance optimale entre les antennes d’´emission et de r´eception.

4.7

Conclusion

L’objectif de ce chapitre ´etait de pr´esenter et d’optimiser les diff´erents param`etres de la chaˆıne de transmission LP-OFDM pour l’UWB. Nous avons ainsi montr´e l’im- portance de s´electionner les codes d´etalement utilis´es lorsque le syst`eme ne fonctionne pas `a pleine charge. Dans le cas o`u cette s´election n’est pas faite ou qu’une mauvaise combinaison de codes d’´etalement est utilis´ee, la d´et´erioration des performances peut ˆetre tr`es importante. Nous avons donc pr´esent´e une m´ethode de s´election des s´equences d’´etalement permettant de limiter au maximum l’interf´erence entre les codes.

4.7 conclusion 135 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 4 5 6 7 8 9 10 11 12 SISO MIMO, d = 1 cm MIMO, d = 5 cm MIMO, d = 20 cm MIMO, canaux décorrélés

TEB = 10−4 Eb /N 0 [d B ] D´ebit [Mbit/s]

Fig. 4.16 – Eb/N0 n´ecessaire pour atteindre un TEB = 10−4 pour les syst`emes SISO

et MIMO LP-OFDM (L = 16) sur le canal CM1.

Nous avons ´egalement adapt´e l’entrelacement des bits cod´es pour le syst`eme LP- OFDM afin d’assurer une d´ecorr´elation entre les donn´ees pr´esent´ees `a l’entr´ee du d´ecodeur de Viterbi afin que celui fonctionne de mani`ere optimale. Nous avons ´ega- lement montr´e qu’il est possible d’effectuer un entrelacement apr`es l’op´eration de pr´ecodage lin´eaire dans le but d’accroˆıtre l’exploitation de la diversit´e fr´equentielle.

Nous avons montr´e l’int´erˆet d’adapter la longueur des codes d’´etalement en fonc- tion du rendement de codage. La perte d’exploitation de la diversit´e qu’entraˆıne l’aug- mentation du rendement de codage ´etant compens´ee par l’utilisation de s´equences d’´etalement de longueur plus importante.

Les performances du syst`eme ont enfin montr´e l’int´erˆet que pr´esente l’utilisation de la fonction de pr´ecodage lin´eaire. On a pu montrer un gain tr`es int´eressant des performances du syst`eme LP-OFDM par rapport au syst`eme MB-OFDM pour les d´ebits inf´erieurs `a 307 Mbit/s. Outre le gain en termes de performances, l’utilisation du pr´ecodage lin´eaire offre une plus grande granularit´e dans le choix des d´ebits et donc permet d’accroˆıtre la flexibilit´e du syst`eme.

Nous avons enfin ´etudi´e l’extension du syst`eme au cas MIMO utilisant deux an- tennes `a l’´emission et `a la r´eception, le codage temps-espace utilis´e ´etant le codage d’Alamouti. Nous avons constat´e l`a encore des gains tr`es importants par rapport `a la chaˆıne SISO d’environ 1.5 dB `a 307.2 Mbit/s et de plus de 3 dB `a 460.6 Mbit/s.

L’´etude des performances du syst`eme SISO LP-OFDM et de son optimisation a fait l’objet de deux communications dans des conf´erences internationales [94, 95] et de deux plublications dans des revues internationales [96, 79].

Chapitre 5

Effets des interf´erents `a bande

´etroite

Sommaire

5.1 Introduction . . . 138 5.2 Cohabitation entre syst`emes UWB et `a bande ´etroite :

´

etat de l’art . . . 138 5.2.1 Evolution des ´etudes sur la cohabitation . . . 138 5.2.2 Cohabitation avec les r´eseaux cellulaires et le GPS . . . 140 5.2.3 Cohabitation avec les r´eseaux WLAN IEEE 802.11a . . . . 142 5.2.4 Cohabitation avec les r´eseaux WMAN IEEE 802.16 (WiMAX)143 5.3 Le signal interf´erent . . . 145 5.3.1 Pr´esentation de la norme WiMAX . . . 145 5.3.2 Caract´eristiques de la couche physique . . . 146 5.3.3 Mod´elisation de l’interf´erent . . . 146 5.4 Performances des syst`emes MB- et LP-OFDM en pr´e-

sence de brouilleurs . . . 149 5.4.1 Effet de l’interf´erent WiMAX sur le syst`eme LP-OFDM . . 149 5.4.2 Effet du d´eplacement du brouilleur sur la bande . . . 151 5.4.3 Effet de l’interf´erent WiMAX sur le syst`eme MB-OFDM . . 151 5.4.4 Optimisation des valeurs de confiance (LLR) . . . 154 5.5 Conclusion . . . 155

138 effets des interf´erents `a bande ´etroite

5.1

Introduction

En raison de leur fonctionnement sur une bande de fr´equences tr`es large et sans licence [8], les syst`emes UWB seront in´evitablement amen´es `a utiliser des fr´equences d´ej`a allou´ees. Ils devront donc ˆetre capables de cohabiter avec des syst`emes occupants les mˆemes fr´equences tels que les syst`emes WiFi (IEEE 802.11a) ou WiMAX (IEEE 802.16). L’´etude de la cohabitation est donc une probl´ematique cl´e en UWB. Dans ce dernier chapitre, nous allons pr´esenter une premi`ere ´etude sur les effets des interf´erents `a bande ´etroite sur le syst`eme LP-OFDM que nous proposons.

Une propri´et´e souvent mise en avant pour les syst`emes utilisant les techniques d’´etalement de spectre est leur capacit´e `a r´esister `a la pr´esence d’interf´erents `a bande ´etroite (cf. section 3.2). Ainsi l’objectif de ce dernier chapitre est d’´evaluer cette pro- pri´et´e en nous int´eressant `a l’impact d’un interf´erent `a bande ´etroite de type WiMAX op´erant sous licence dans la bande 3.5 GHz sur les syst`emes MB- et LP-OFDM. La poursuite de cette ´etude constituera un axe dominant pour les perspectives de ces travaux de recherche.

Ce chapitre est d´ecoup´e en trois parties. Dans la premi`ere partie, nous allons faire un tour d’horizon des diff´erentes ´etudes qui ont ´et´e men´ees sur la cohabitation entre les signaux UWB et les signaux `a bande ´etroite. La seconde partie pr´esente le signal WiMAX et sa mod´elisation en tant que brouilleur `a bande ´etroite. La derni`ere partie pr´esente enfin les performances des syst`emes en pr´esence de ce brouilleur.