Les solutions cohérentes permettent de conserver intégralement la phase du signal. Basées sur l’architecture du récepteur optimal (RAKE), elles bénéficient des meilleures performances tant en termes de taux d’erreur binaire qu’en termes d’ajustement du débit, sans incidence sur la valeur du rapport signal à bruit requis. Le prix d’une performance élevée est évidemment une complexité élevée. Afin d’être implémentées, ces solutions nécessitent de recourir soit à des conversions numériques très rapides (approches tout numérique), soit à une multiplication des éléments analogiques dans la chaîne RF, car un grand nombre de doigts est nécessaire. Dans les deux cas, une synchronisation très fine doit être obtenue, et maintenue tout au long de la
3.8 Conclusions
communication, ce qui implique des organes de synthèse de fréquences très précis, asservis par une algorithmique complexe, et nécessairement une consommation importante.
Les solutions différentielles, sous-optimales, constituent un premier compromis vers une com- plexité réduite. Le signal reçu est retardé et sert lui-même de motif de corrélation. L’étape d’es- timation du canal n’est pas utile, et la précision nécessaire sur la synchronisation est relaxée. La principale difficulté cernée provient de la faisabilité de la cellule retard (durée, précision) nécessaire à l’implémentation analogique de cette solution, qui constituerait alors un excellent compromis.
Les solutions non cohérentes sont basées sur l’utilisation de schémas de réception très simples, tels que la détection d’énergie. La performance est alors sacrifiée pour réduire au maximum la complexité. Les résultats obtenus mettent néanmoins en évidence qu’un choix judicieux du schéma de modulation permet de trouver un compromis débit-portée comparable à celui d’une solution optimale.
Les travaux effectués sur les canaux UWB, et plus particulièrement la modélisation du ratio d’énergie collecté en fonction du temps d’intégration, nous ont permis de définir les performances optimales des solutions impulsionnelles dans les milieux de propagation indoor. Nous avons aussi pu cerner les valeurs adéquates pour la période de répétition des impulsions, grâce à l’étude sur les interférences entre symboles.
Enfin, les résultats des études ont permis de prendre position en faveur des solutions non cohérentes au sein du groupe de normalisation IEEE 802.15.4a, chargé de construire une norme sur une couche physique alternative pour les réseaux sans fil bas débit. La construction de cette norme ainsi que ses derniers avancements sont le sujet du chapitre suivant.
Contributions Personnelles
Ces travaux, et particulièrement le calcul des probabilités d’erreur en fonction du temps d’intégration, ont été présentés dans [Dubouloz et al., 2005a] à IEEE International Conference
on UWB (ICU’05), où ils ont reçu un student paper award. Les résultats sur l’influence du délai
pour la modulation transmission de référence ont été présentés à cette même conférence dans [Dubouloz et al., 2005b].
Des recherches sur une implémentation de récepteur cohérent à base d’échantillonneurs spatio-temporels ont donné lieu au dépôt d’un brevet.
Les travaux du LETI sur l’architecture différentielle (DBPSK) avec une dynamique de 1 bit ont été publiés notamment dans [Denis et al., 2006] à IST Mobile summit 2006.
Chapitre 4
Normalisation UWB bas débit
Sommaire
4.1 Introduction . . . 122 4.2 Naissance de la norme . . . 123
4.2.1 Applications (Call For Applications) . . . 124
4.2.2 Critères technico-économiques (5C) . . . 124
4.2.3 Exigences techniques (Technical Requirements) . . . 125
4.2.4 Conclusion . . . 126
4.3 Bandes de fréquences . . . 127 4.4 Schéma de codage et de modulation . . . 129 4.5 Format de trame et débits . . . 131 4.6 Conclusion . . . 134
4.1
Introduction
Les instances de normalisation, distinctes des organes de régulation (cf. chapitre 1), ont pour but de lier les différents acteurs d’un même domaine d’application autour de standards communs, afin d’assurer une inter-opérabilité entre leurs produits. Le domaine des télécommunications est couvert par plusieurs instituts internationaux de normalisation, tels que l’ITU, l’ECMA ou encore l’IEEE. Le début de la thèse ayant coïncidé avec le lancement d’un groupe de travail IEEE chargé d’établir une couche physique pour des réseaux sans fil bas débits, nous nous sommes focalisés sur la construction de ce standard compatible avec les systèmes UWB.
La couverture de l’IEEE1 s’étend à la majeure partie des techniques mettant en jeu des procédés électriques. Le domaine des réseaux de télécommunications sans fil se place princi- palement sous la bannière IEEE 8022 et se divise en une multitude de normes. Les réseaux sans fil adressent des applications que l’on peut aisément regrouper en fonction de la portée géographique des appareils. Ainsi, on distingue plus particulièrement :
• les réseaux régionaux sans fil, WRAN - 802.22, avec une portée d’une centaine de km ; • les réseaux métropolitains sans fil, WMAN, aussi connus sous le nom de WiMax, 802.16,
avec une portée de plusieurs km ;
• les réseaux locaux, WLAN ou WiFi, 802.11, avec une portée de quelques centaines de
mètres ;
• enfin les réseaux personnels, WPAN, comme Bluetooth, 802.15, avec des portées jusqu’à
quelques dizaines de m.
Les caractéristiques de puissance d’émission classent les solutions basées sur l’UWB dans le domaine des WPAN, c’est-à-dire dans le cadre des standards IEEE 802.15. Afin de répondre aux différentes applications visées par les WPANs, plusieurs normes ont été mises en oeuvre (cf. table 4.1).
La déclinaison « très faible consommation » de la norme 802.15.1 s’est faite au détriment du débit. Ainsi est apparue la norme 802.15.4 (Zigbee), toujours dans la bande de fréquences ISM autour de 2.4 GHz, pour des applications de type réseaux de capteurs ou objets communicants. Comme pour le haut débit, un groupe de normalisation a été lancé afin d’étudier les possibilités d’utiliser une couche physique alternative, basée notamment sur les plages de fréquences UWB. Ainsi est apparu le groupe d’étude 802.15.4a au cours de l’année 2003.
On voit sur le tableau 4.1 que deux groupes de normalisation de l’IEEE ont plébiscité la technologie UWB pour les réseaux personnels sans fil.
Le caractère très haut débit, rendu possible par la grande capacité du canal, a été étudié
1Institute of Electrical and Electronics Engineers – www.ieee.org 2
IEEE 802 Wireless World, mais d’autres protocoles réseaux sur câble tels qu’ETHERNET ou TOKEN RING