5.1.1 Objectifs et idée générale
Le système GSM/GPRS étant le cas d’application utilisé tout au long de notre étude, il sera également mis en œuvre dans le cadre de cette implémentation. Nous considérons uniquement la voie descendante, l’une des cartes radios jouant le rôle de la BTS émettrice et l’autre carte jouant le rôle de l’objet récepteur. Le lien est donc unidirectionnel, avec une seule antenne en émission et en réception. L’objet doit réaliser les étapes successives de synchronisation fréquentielle, puis temporelle, suivant différents algorithmes présentés par la suite. Il doit ensuite employer différents mécanismes de recombinaison sur les données transmises, après quoi, nous pourrons déterminer les performances obtenues en termes de BER et BLER (BLoc Error Rate). Le système doit donc être suffisamment flexible pour permettre au récepteur de mettre en œuvre des schémas de recombinaison variés, et dont on pourra comparer les performances.
5.1.2 Les cartes radios
Nous disposons de deux cartes radios de type USRP B210, dont les spécifications sont disponibles sur le site [60]. Une carte USRP B210 est avant tout un front end radio configu-rable par ordinateur ou SDR (Software Defined Radio). On parle aussi de radio logicielle. À l’émission, la carte USRP transmet, à un débit donné et sur une fréquence porteuse donnée, les échantillons qui lui sont fournis numériquement. Elle doit donc effectuer au préalable une conversion numérique analogique. En réception, la carte effectue l’opération
inverse, en échantillonnant à une fréquence configurée, le signal transposé en bande de base. Le traitement des échantillons, à l’émission comme à la réception, est typiquement effec-tué par ordinateur. La Fig. 5.1 présente une photo d’une des cartes USRP B210 utilisées pour le banc de test. On pourra noter que chaque carte USRP B210 peut fonctionner en configuration MIMO avec 2 antennes en émission et 2 antennes en réception.
Figure 5.1 – Photo d’une carte USRP B210 seule.
5.1.3 Le canal de propagation
Le canal de propagation employé doit être entièrement déterminé et reproductible, l’objectif étant de pouvoir calculer et comparer les performances obtenues par plusieurs expérimentations. Le canal de propagation choisi est de type AWGN. Ce canal comprend donc, une atténuation du signal émis, puis l’ajout d’un bruit de type AWGN. En l’occur-rence, nous utilisons des atténuateurs en cascade pour générer une atténuation prédéfinie. Le bruit AWGN est naturellement ajouté par la carte réceptrice. La carte émettrice est alors reliée aux atténuateurs par un câble coaxial, les atténuateurs en cascade étant directement connectés à la carte réceptrice par un port d’antenne.
5.1.4 Le traitement des échantillons
Dans le cadre de nos expérimentations, nous avons choisi d’utiliser le logiciel MATLAB pour traiter les échantillons en émission et en réception, ainsi que pour configurer les cartes USRP. En effet, le logiciel MATLAB propose gratuitement un add-on permettant la configuration de différents modèles de cartes USRP, branchées par USB. De plus, toutes les simulations précédentes ayant été effectuées en MATLAB, nous disposions déjà d’une base solide pour les traitements à effectuer sur les échantillons. De cette façon, les traitements effectués sont facilement modifiables et adaptables en fonction de nos besoins. Enfin, on pourra aussi noter que les traitements ne sont pas réalisés en temps réel, mais sous forme de post-traitements sur les échantillons sauvegardés.
5.1.5 Le banc de test final
Le banc de test final est représenté sur le schéma 5.2 et la figure 5.3 présente une photo de la chaîne de transmission. On retrouve donc les deux cartes radios de type USRP B210 configurées par ordinateur. L’ordinateur côté BTS transmet les échantillons à la carte USRP. Cette dernière effectue une conversion numérique analogique et envoie le signal via le câble coaxial à la fréquence porteuse configurée. Un ensemble d’atténuateurs en cascade à la suite du câble permet de réduire la puissance du signal avant réception. Puis, la seconde carte transpose le signal en bande de base et l’échantillonne. Enfin, les échantillons sont transmis à l’ordinateur côté récepteur et sont sauvegardés. L’ordinateur effectuera ensuite un post-traitement de ces échantillons. Le tableau 5.1 décrit les paramètres de configuration de l’expérimentation.
Figure 5.2 – Représentation schématique de la chaîne de transmission considérée.
Figure 5.3 – Photo de la chaîne de transmission.
Concernant les valeurs présentées dans le tableau, certaines précisions doivent être ajoutées :
— La fréquence centrale de 900 MHz est indicative. En effet, cette valeur est l’objectif à atteindre pour les oscillateurs locaux des deux cartes, mais en réalité un décalage en fréquence sera observé. Les oscillateurs ont une précision annoncée de 2 ppm, soit ±1800 Hz pour la fréquence considérée. Ainsi, un décalage en fréquence maximal d’environ ±3.6 kHz pourra être observé au niveau des échantillons “en bande de base” à la réception.
— Pour estimer le facteur de bruit du récepteur, nous avons, dans un premier temps, mesuré la puissance reçue lorsqu’une charge fictive est placée à l’entrée de l’antenne. Il s’agit en réalité d’une puissance calculée à partir des échantillons reçus, donc le lien avec la puissance réelle du signal dépend de nombreux facteurs, comme le pas d’échantillonnage et la représentation des échantillons dans le plan complexe. On
Paramètre Valeur Commentaires Configuration des ordinateurs
Version MATLAB 2016a et b Lien avec USRP USB 3.0
USRP émettrice : BTS Fréquence porteuse 900 MHz
Débit des symboles 270 kbps a été arrondi pour des raisons pratiques.Le débit originel d’environ 270,83 kbps Sur-échantillonnage 4 La fréquence d’échantillonnageest donc de 1.08 MHz.
Gain Variable Dépend du SNR souhaité.Varie entre 47 et 55 dB. USRP réceptrice : MS
Fréquence centrale 900 MHz Débit des symboles 270 kbps Sur-échantillonnage 4
Gain 75 dB
Les SNR considérés étant faibles, un gain élevé permet à l’échantillonneur
de travailler dans une plage de valeurs plus grande.
Facteur de bruit ∼3 dB Voir la procédure dans le corps de texte. Échantillons 12 bits Convertis en double complexe par MATLAB.Transmis par USB au format int 16 (I/Q).
Canal de propagation
Atténuation 100.2 dB cascade a été mesurée à l’analyseur de réseau.L’atténuation totale des atténuateurs en
Table 5.1 – Description des paramètres de configuration de l’expérimentation.
parlera donc plutôt de puissance par échantillon. Dans un second temps, on génère une séquence PN (Pseudo Noise), à large bande, et dont la densité spectrale de puissance est constante sur cette bande. À l’aide d’un analyseur de spectre, on mesure la puissance reçue sur une bande de 1.08 MHz, correspondant à la fréquence d’échantillonnage du récepteur, cette bande étant inférieure à la largeur de bande occupée par le signal correspondant à la séquence PN. On effectue alors une seconde mesure de la puissance reçue par échantillon. À l’aide de toutes ces informations, nous pouvons ensuite déterminer le facteur de bruit du récepteur.