Mod`eles standardis´es ou issus de projets collaboratifs

1.5.3.1 Les mod`eles du COST

Les COST (COop´eration europ´eenne pour la recherche Scientifique et Technique) sont des projets d´evelopp´es dans le cadre de collaborations europ´eennes. Entre autres, les COST 259 et 273 ont eu pour objectifs d’´elaborer des mod`eles de canaux radio-fr´equences pour les t´el´ecom- munications.

Le COST 259 est un mod`ele « large-bande » qui mod´elise le canal de propagation par

une r´eponse impulsionnelle doublement-directionnelle [Cor01, MAH+_{06]. Il permet de fournir}

pour chaque type d’environnement consid´er´e, un mod`ele pour la dispersion des retards et des angles en ´emission et en r´eception. Les mesures ont ´et´e effectu´ees pour treize environnements de types : macrocellulaire, microcellulaire et picocellulaire, `a des fr´equences comprises entre

0, 5 et 2 GHz et pour des bandes passantes sup´erieures `a 5 MHz. Le COST 259 suit une

approche g´eom´etrique-stochastique. En effet, les antennes r´eceptrices sont plac´ees al´eatoirement dans la sc`ene, tandis que, les diffuseurs (clusters) sont plac´es de fa¸con d´eterministe. Enfin, les param`etres caract´eristiques du canal sont d´etermin´es de fa¸con stochastiques. Le COST 259 a introduit la notion des « zones de visibilit´e », ce qui permet de mod´eliser l’apparition et la disparition des clusters. Une zone de visibilit´e correspond `a la zone d’influence d’un cluster. Ainsi, lorsque le mobile entre dans la zone d’influence d’un cluster, alors celui-ci contribue au calcul de la r´eponse impulsionnelle du canal. La figure 1.18 est une illustration des zones de visibilit´e (cercles en blanc), ici le cercle en gris contient les diffuseurs locaux qui se d´eplacent avec la station mobile. Nous pouvons alors constater que seul le cluster B est activ´e le long du d´eplacement de la station mobile.

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Figure _{1.18 – Exemple des zones de visibilit´e (cercles en blanc)}

Le COST 273 est une version am´elior´ee du mod`ele du COST 259. De nouveaux envi- ronnements ont ´et´e d´efinis afin de r´epondre aux nouvelles applications MIMO (peer-to-peer et

fixed-wireless-access). Ce mod`ele compte `a pr´esent vingt deux environnements diff´erents. Le

COST 273 a l’avantage de prendre en compte les ph´enom`enes d’interactions multiples [Cor06] dans la construction du mod`ele. En effet, trois types de clusters ont ´et´e int´egr´es dans le mod`ele afin de couvrir les diff´erents types d’interactions [CO08]. Il s’agit des clusters au voisinage de l’´emetteur et/ou du r´ecepteur, des clusters `a une seule interaction et des clusters `a double interaction. Les d´etails de cette mod´elisation sont donn´es dans [Cor06].

1.5.3.2 Mod`ele 3GPP-SCM

Le mod`ele 3GPP-SCM a ´et´e d´evelopp´e dans le cadre du consortium « Third Ge-

neration Partnership Project » (3GPP-3GPP2) dans le but de faciliter le d´eveloppement et l’´evaluation des nouveaux syst`emes MIMO fonctionnant sur une bande de 5 MHz autour

d’une fr´equence porteuse de 2 GHz. Il s’agit d’un mod`ele de canal `a r´eponse impulsionnelle

doublement-directionnelle ind´ependant du choix des antennes. Ceci signifie que les caract´eris- tiques, les g´eom´etries et les orientations des antennes peuvent ˆetre modifi´ees sans pour autant modifier les param`etres caract´eristiques du canal de propagation. La structure du mod`ele et la m´ethodologie de simulation sont les mˆemes pour les trois types d’environnements mesur´es (macrocellulaire urbain, macrocellulaire suburbain et microcellulaire urbain) et ne diff´erent que par les param`etres caract´eristiques des lois statistiques. La r´eponse impulsionnelle du canal est d´ecrite par 6 clusters dont les retards et les puissances moyennes sont g´en´er´es de fa¸con sto- chastique `a partir des lois statistiques extraites des r´esultats des mesures. Chaque cluster est repr´esent´e par 20 « sous-trajets» ayant le mˆeme retard mais des angles de d´epart et d’arriv´ee diff´erents. Ces param`etres sont fix´es et tabul´es dans le standard 3GPP.

Les inconv´enients majeurs de ce mod`ele sont :

– les diffuseurs sont suppos´es ˆetre fixes, ce qui implique que seule la phase des sous-trajets varie lors du d´eplacement des antennes mobiles ;

– la bande passante est de 5 MHz, ce qui est tr`es loin des largeurs de bande requises pour les syst`emes haut d´ebit tel que le Wi-Fi ;

– ce mod`ele ne couvre que trois environnements « outdoor ».

1.5.3.3 IEEE 802.11 TGn

Le mod`ele IEEE 802.11 TGn a ´et´e d´evelopp´e pour les canaux WLAN MIMO [ESK+04]

pour les fr´equences de 2 GHz et 5 GHz. Ce mod`ele compte six environnements de type «indoor» en LOS et NLOS comme les bureaux de grande et de petite surface, les maisons, ainsi que les espaces ouverts de type « open space ». Le mod`ele 802.11 TGn est consid´er´e comme ´etant un mod`ele physique utilisant une approche stochastique non-g´eom´etrique. La r´eponse impulsionnelle directionnelle est d´ecrite par une somme de clusters. Chaque cluster se compose

de 18 trajets (appel´es « Taps ») s´epar´es d’au moins 10 ns. `A chaque trajet est associ´e un

spectre de puissance directionnel (en azimut et en ´el´evation) g´en´er´e selon une distribution de

Laplace, avec un ´etalement angulaire variant de 20◦ _{`a 40}◦_{. Le nombre de clusters ainsi que}

l’´etalement des retards sont d´eduits `a partir des r´esultats de mesures, et varient respectivement entre 2 et 6 clusters et entre 0 et 150 ns.

1.5.3.4 WINNER

Le mod`ele de canal WINNER (Wireless world INitiative NEw Radio)[SBZ+_{06, JMK}+_05]

r´esulte d’une suite d’extensions de mod`eles de canaux (3GPP-SCM pour les environnements

« outdoor » et IEEE 802.11 TGn pour les environnements « indoor ») [JMK+05]. Il est consi-

d´er´e dans la litt´erature comme ´etant le mod`ele de canal le plus abouti [Paj06, Czi07]. Ce mod`ele est n´e de la volont´e de disposer d’un mod`ele de canal g´eom´etrique-stochastique MIMO repr´esentatif d’un grand nombre d’environnements (cf. tableau 1.1) « indoor » et « Outdoor » pour des largeurs de bande sup´erieures `a 20 MHz. Dix-huit sc´enarios typiques ont ´et´e ´etudi´es (mesur´es et mod´elis´es) pour des fr´equences comprises entre 2 et 6 GHz et une bande passante qui peut atteindre 100 MHz. Le mod`ele de canal du standard WINNER est d´etaill´e dans le troisi`eme chapitre de ce m´emoire.

Comme pr´esent´e dans la section 1.4 pour des mod`eles de canaux SISO, et en s’inspirant de la m´ethode propos´ee dans ([Pat02], chapitre 8), l’utilisation d’un mod`ele de WINNER pour les simulations syst`eme n´ecessite de d´evelopper un simulateur de canal permettant de g´en´erer les diff´erentes lois statistiques des param`etres du mod`ele avec les bonnes propri´et´es statistiques et de valider le simulateur selon les mˆemes m´etriques que celles pr´esent´ees (AFD, LCR, fonction d’autocorr´elation, etc).

Sc´enarios Correspondance

A1 «indoor office »

A2 « indoor to outdoor »

B1 «Urban micro-cell »

B2 « Bad urban micro-cell »

B3 «indoor hotspot »

B4 «Outdoor to indoor »

B5a Hotspot Metropol « LOS Stationary feeder, rooftop to rooftop »

B5b Hotspot Metropol « LOS stat. feeder, street-level to street-level »

B5c Hotspot Metropol «LOS stat. feeder, below- rooftop to street-level »

B5d Hotspot Metropol «NLOS stat. feeder, above rooftop to street-level »

B5f « Feeder link BS -> FRS(fixed relay station) »

C1 « Suburban macro-cell »

C2 « Urban macro-cell »

C3 «Bad urban macro-cell »

C4 « Urban macro outdoor to indoor »

D1 «Rural macro-cell »

D2 (a) « moving networks » , (vitesse_max=5 km/h)

D2 (b) «moving networks », (vitesse_max= 350 km/h)

Tableau 1.1 – Sc´enarios typiques mesur´es et mod´elis´es dans le cadre du projet WINNER II