À la lumière du thème précédemment exposé, ce travail examine les concepts du CR et les techniques qui y sont associées. En ce sens, nous proposons une solution pour une coexistence de services secondaires en accédant au réseau de services primaires dans
le contexte des communications par satellite, en respectant les contraintes strictes du système. Dans cette section, le problème est décrit dans une approche séquentielle de manière à introduire la nouveauté ainsi que les contributions de recherche spécifiques de cette thèse. Par conséquent, Nous présentons donc brièvement la nomenclature et les paradigmes.
Premièrement, en adoptant la nomenclature usuelle dans la grande majorité des références, l’utilisateur primaire (PU) est défini comme l’utilisateur licencié pour opérer dans la bande de fréquences en question. D’autre part, l’utilisateur cogni-tif (CU) est défini comme l’utilisateur non licencié, qui transmet de manière oppor-tuniste ou même simultanément dans cette même bande attribuée au PU, tout en garantissant les mêmes performances à ce dernier.
Conformément à cette définition, l’opération cognitive est réalisée par la CR, introduite originellement par Mitola en [14]. Cette radio particulière est formellement définie par la Commission fédérale des communications (FCC) comme «une radio ou un système qui perçoit son environnement électromagnétique en étant capable, de manière autonome et dynamique, de fixer ses paramètres afin de: optimiser le débit de transmission, contrôler l’atténuation des interférences, l’interopérabilité et l’accès aux marchés secondaires [15]». De cette façon, il peut envisager deux opérations radio fondamentales qui peuvent être séparées comme: la conscience spectrale et l’exploitation du spectre.
Pour résumer, la première activité (conscience spectrale) pourrait être réalisée par des techniques comme: la détection spectrale, la base de données coopérative, l’estimation du rapport signal/bruit, la cicle-stationnarité etc [16]. La seconde activ-ité (exploitation du spectre), se réfère à l’adaptation des paramètres du signal pour atteindre des schémas de transmission efficaces. Cette activité est généralement réal-isée par des techniques telles que: le contrôle adaptatif des ressources (puissance,
fréquence, espace), les techniques de beamforming, l’adaptation de la modulation et
du codage etc [17].
Au niveau du système, trois paradigmes classifient l’opération radio [18]:
• interweave, qui repose sur l’idée de communication opportuniste. En bref, le CU recherche les espaces blancs qui ne sont pas utilisés par la transmission du PU, qui peut être dimensionnée dans l’espace, le temps ou la fréquence, et
ajuste ses paramètres de fonctionnement. On en conclut que, idéalement, il n’y a pas de coexistence entre les utilisateurs et, par conséquent, aucun contrôle de puissance de la transmission du CU n’est nécessaire;
• underlay, dénommé espace de spectre gris, où le CU, grâce à une compréhension partielle des caractéristiques du signal PU et du canal, ajuste ses paramètres de manière à respecter un niveau d’interférence établi (par exemple, un masque
spectral préalablement requis). Contrairement à l’opération deinterweave, dans
ce paradigme, deux utilisateurs peuvent transmettre simultanément. Cepen-dant, comme la compréhension du signal PU est nécessaire, des techniques de détection spectrale plus complexes doivent être employées, comme les al-gorithmes d’estimation du rapport signal/bruit (SNR). Quelques exemples de techniques que l’on trouve dans la littérature sont: le contrôle dynamique des
ressources (puissance et fréquence), beamforming avec plusieurs antennes et
spectral spreading [17];
• overlay, dans lequel le CU, à partir des informations complètes et non causales sur la forme d’onde, le message et le canal du PU, utilise des stratégies de codage et de modulation avancées pour transmettre simultanément tout en mitigeant l’interférence. L’espace spectral utilisé par le CR dans ce dernier paradigme est appelé noir, car il est occupé par les signaux interférants et le bruit, et n’est pas limité en puissance.
Il faut noter que le choix du paradigme à utiliser par le CU dépend fortement des informations disponibles du signal du PU. Brièvement, si l’information disponible
n’est que la présence (ou l’absence) du PU, on utilise leinterweave. D’autre part, si en
plus de l’activité, les états des canaux sont également connus, le CU peut opérer sous
le paradigme deunderlay. Enfin, si les stratégies de codage et les données transmises
par la PU sont entièrement connues, le CU peut fonctionner en overlay, contribuant
aux deux liaisons.
La présente thèse de doctorat, avec le soutien de l’Institut national de recherche spatiale (INPE/Brésil) et du Conseil national pour le développement scientifique et technologique (CNPq/Brésil), développée à l’IMT-Atlantique (site de Toulouse), étudie la faisabilité d’une transmission de service secondaire sur l’infrastructure
connaissance de l’auteur, aucun travail n’a encore été réalisé sur le paradigme de
overlay dans le contexte des communications par satellite. En considérant l’objectif général de cette thèse, nous démontrons que cette nouvelle approche est bien adaptée aux applications M2M à faible débit de données.
La principale raison de proposer le paradigme de overlay pour les
communica-tions par satellite réside dans la possibilité de transmettre simultanément des services licenciés et non licenciés à partir du même satellite vers leurs terminaux respectifs. Nous soulignons, en raison de la priorité accordée par les utilisateurs, que la stratégie de codage par superposition est nécessaire [23] pour relayer la transmission PU, con-trairement aux solutions techniques adoptées pour la chaîne de diffusion [24]. De plus, le dirty-paper coding (DPC) [25], est mis en œuvre pour adapter le signal cognitif à la direction de l’interférence du PU.
Le DPC est une technique de communication qui permet de mitiger l’interférence si cette dernière est connue de manière non causale dans l’émetteur. Cette technique a été introduite par Costa [25] en 1983. Néanmoins, la première idée de schéma pratique a été proposée par Erez, Shamai et Zamir [26]. Ils soulignaient le précodage Tom-linson Harashima (THP) pour l’annulation de l’interférence intersymbole (ISI), qui peut être vue comme une application DPC pour le canal sélectif en fréquence. Dans cette technique, l’opération modulo est utilisée pour pré-soustraire l’interférence par une augmentation minimale de la puissance. Dans ce travail également, les pertes de précodage, c’est-à-dire la perte de mise en forme dans un régime de SNR élevé et les pertes combinées de modulo et de puissance dans des régimes de SNR inter-médiaire/faible, ont été bien caractérisées. De plus, Eyuboglu et Forney, dans leur
article précurseur [27], ont généralisé la combinaison de la technique de Trellis
Shap-ing (TS) [28], de la technique deTrellis Coded Modulation (TCM) et du THP pour les
canaux ISI gaussiens. Le Trellis Precoding (TP) effectue une pré-soustraction des
in-terférences et permet de récupérer la perte de mise en forme. Egalement, un peu plus proche de notre application, une extension du TP pour l’interférence multi-utilisateur a été proposée pour récupérer la perte de mise en forme avec une expansion de con-stellation suffisamment élevée dans [29] et [30], où la technique TS agit comme une quantification vectorielle, remplaçant l’opérateur modulo.
À la lumière de ce qui précède, les contributions spécifiques de cette thèse
con-sidérant des scénarios d’interférence réalistes. Un codeur DPC est proposé, utilisant les concepts TS et TCM ainsi qu’une expansion de constellation adéquate combinée avec la THP. Les discussions conduisent à un compromis entre l’efficacité en puissance (réduction de la perte modulo) et la complexité, éléments clés pour le traitement à bord des satellites et des terminaux.