I.4.1 Introduction
Dans le but d’augmenter le débit de transmission, l’idée est de modifier différents paramètres tels que la bande allouée pour le standard, la taille des cellules et le type
de modulation numérique employée dans un procédé de modulation particulier comme l’OFDM. Nous allons ainsi analyser tous ces aspects pour comprendre lequel reste le plus envisageable.
I.4.2 La Bande Allouée pour le Standard
Le spectre radiofréquence est une ressource limitée et dont l’utilisation doit être opti-misée. Toute la gamme des fréquences sur lesquelles on peut transmettre est réglementée par des organismes comme l’ERO ou le CEPT [ERO2006], [CEPT2006] qui s’occupent de bien répartir les bandes des fréquences en fonction de l’application visée. La bande passante allouée en télécommunication pour une application quelconque est donc fixée et on ne peut pas toucher à ce paramètre sauf autorisation de l’un des organismes de régle-mentation. Par conséquence, l’augmentation du transfert de données ne peut pas se faire en jouant sur la bande allouée pour le standard.
I.4.3 La Taille des Cellules
Dans ces dernières années, un nouveau paramètre a été introduit dans la définition d’efficacité spectrale d’une modulation numérique : c’est la taille des cellules [ALOU1997]. Pour une cellule circulaire de diamètred, sa surface vautπ(d/2)2. Nous allons alors parler de « ASE », « Area Spectral Efficiency » [bits/sec/Hz/m2], définie par l’équation (I.13) :
Ae =
PNS
k=1Dk
π(d/2)2W (I.13)
où NS est le nombre total de canaux actifs dans chaque cellule, Dk le débit maximal du
k−iemeutilisateur etWla bande allouée pour chaque cellule. Alors, l’efficacité spectrale « ASE » dépend de d et donc de la taille des cellules. L’« ASE » augmente lorsque la taille des cellules diminue. En réduisant la taille des cellules, le débit de transmission des données sera optimal suite à une réutilisation optimisée des fréquences porteuses assignées à chaque cellule.
Le fait de réduire la taille des cellules pour augmenter l’« ASE » pose un problème au niveau de la gestion de l’« handover » qui est le mécanisme assurant la continuité de communication lorsqu’un terminal mobile change de cellule. Les cellules étant plus petites, le système doit donc commuter d’une fréquence porteuse à une autre beaucoup plus rapidement.
Cela complexifie le système de transmission, surtout au niveau de l’infrastructure du réseau car des cellules plus petites impliquent un nombre de points d’accès plus élevé. Ce sujet restant en dehors de notre étude, il ne sera pas pris en considération dans la suite.
I.4.4 Le Procédé de Modulation Numérique
La modulation numérique peut être considérée comme un des paramètres en fonction duquel on peut envisager d’augmenter la transmission des données et, donc, le débit.
En particulier, le codage binaire à signal réalise une association entre un paquet de
n bits (par exemple 10) et un symbole (complexe) ck qui contient une information sur l’amplitude et sur la phase. À titre d’exemple, nous retrouvons dans la figure I.5 le dia-gramme de constellation des symbolesck sur le plan complexe I/Q pour une modulation de type 16-QAM. Les points de la constellation représentent le nombre d’états M de la modulation et donc sa complexité. Sur la même figure nous avons aussi tracé la trajectoire du signal radiofréquence entre les 16 différents états de la modulation numérique.
−4 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 −4 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 Q I 16−QAM
F. I.5. Constellation et Trajectoire pour une Modulation 16-QAM
La quantiténde bits transportés par chaque symboleck est liée au nombre d’états M
selon l’équation (I.14) :
Rappelons maintenant que le débit binaire vaut :
Db = 1
Tb [bits/sec] (I.15) oùTb est le temps bit, alors le débit symbole est égal à :
Ds = 1 n.Tb = Db n [Bauds] (I.16) d’où Db =n.Ds (I.17)
Donc nous remarquons qu’à Ds fixe, le débit binaireDb augmente avecn = log2(M) et par conséquence avec les états Mde la modulation numérique.
Cela signifie que la modulation employée sera une modulation à M états, avec M
suffisamment élevé : 16 ou 64 QAM, par exemple. Le signal modulé présente alors une enveloppe non-constante avec une excursion en amplitude suffisamment élevée. Cela peut se voir en figure I.5 où la trajectoire est irrégulière avec des excursions importantes autour des points bleus de la constellation.
Si ensuite ces modulations à M états apparaissent dans le procédé de modulation de type multiporteuses orthogonales, comme par exemple l’OFDM [§ II.2], alors d’un côté le débit croit globalement mais de l’autre côté, les fluctuations d’enveloppe deviennent de plus en plus importantes et le rapport puissance maximale à puissance moyenne, « Peak-to-Average Power Ratio » (« PAPR »), est plus élevé.
Ces caractéristiques du signal modulé OFDM nous motivent à mener notre étude vers l’analyse de l’impact de ce « PAPR » élevé sur les performances d’une chaîne de trans-mission en considérant que le point critique est surtout représenté par l’amplificateur de puissance en émission.
I.4.5 Conclusions
L’augmentation du débit de transmission pour un système de télécommunications peut se faire selon différents paramètres comme, par exemple, la bande allouée pour le stan-dard, la taille des cellules ou encore la modulation numérique.
La bande allouée pour le standard ne peut pas être modifiée si facilement pour des raisons de réglementation par des organismes officiels. En outre, l’« ASE » ne peut pas être augmentée si simplement car cela implique une complexité plus élevée du système.
Donc, parmi ces paramètres nous avons considéré que l’utilisation d’un procédé de mo-dulation de type OFDM [§ II.2.2] reste le seul bon compromis pour augmenter le débit de transmission tout en gardant une robustesse du signal vis-à-vis du canal multitrajet avec évanouissement.
Malheureusement, cette modulation multiporteuse orthogonale entraîne de fortes fluc-tuations d’enveloppe sur les signaux modulés. Ces flucfluc-tuations importantes ont un impact sur le « PAPR » du signal émis avant amplification. Le « PAPR » croit à la fois avec le nombre d’états de la modulation numérique employée dans l’OFDM et avec le nombre de sous-porteuses orthogonales. Dans ce contexte, l’amplification non-linéaire du signal à émettre se réalise dans de mauvaises conditions.