I?EPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE I'.E L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE I.A RECHERCHE SCIENTIFIQUE
Universit6 de Jijel
Facult6 des Sciences ef de Ia Technologie D6paftement d' Electro n iq u e
Projet de fin d'6tudes pour I'obtention du dipldme de Master en Electronique
Option
El*tronique ef Sysfimes de T6l6communication
Etude des de
Performances Transmission
des Systdmes OFDM
Pr6sent6 par :
BOUBENDIR Hana BENYAHIA Chafika
Encadr6 par:
Mr. KEMIH Karim
Ann6e universitaire : 201 7-201 I
Rgmerciements
Lounnge d Diat b tout Suissant fe nous avoir accorff toute k oofont6, fa santd et fa paticncrz pour k rbatisation fe ce mo[este mhnoire et taooirfait [e notre
parcourt {6tu[es une pdio[e {4panouissement.
gtfous trznons d remercier, notre encatreur, gllr<XFAt >pour ses pricieu4
conseifs, ses critiqucs corutntctives et pour fa confiance qu'ifnous a toujours thnoignde.
grtos vifs remcrcipments sont 1gabment at4mem6res f,u jury pour fintdrAt qu'ifs ont portd d. notre recfr.ercfie en acceptant te4aminer notre travai[,
Nos remprciements vont dnsi d tous fes enseignants qui nous ont suivis furant
notre cursas fe formntion.
'Un vf renrcrciement d nosfamiffes et amis {avoir fonne jour apris jour autattt tamour, fe soutien et {encouragem.ent,
Enf*, nous remercbns toutes fes personnes qui nous ont, [e prDs ou fe foin, ail6
et encourag4.
Hana et Chafiko
A6[icaces
A Nos parents
Nosfamiffes
Nos omis
et d tous
fesuniversitaires
TABLE DES MATIERES
Sommaire...
...IV
ListedesFigures... ...v[
Liste des Tableaux"" ...v[
Introduction g6nr!ra1e... ...1
Chapitre I Conception d'un systbmc OFDM ctassiquc I' l 'Introduction"'.. "... ... 4
I.2.La technique OIFDM.... ... 4
I.3.Notion d'orthog;onalit6 ... ... 5
I.4.Probldme d'interfdrence... ... 6
I.4.llnterfdrencers entre symboles... ... 6
I.4.2 Intervalle de garde... ... 6
I.4.2.1. Pr6fixe cyclique ...7
1.4.2.2. TechrLique z6ro padding ...7
L5.La modulation et la ddmodulation OFDM ...7
I.5.1. Principe de lamodulation OFDM ... 7
I.5.2. Principe der la d6modulation OFDM... ... 9
L6.Implantation nundrique ... 9
I.6.1. Implantaticn num6rique d'un modulateur ... ... l0 L6.2. Implantation num6rique d'un ddmodulateur ... l l I.TDomained'application ..."..11
I.7.1 Radiodiffrrsion Numdrique (DAB) : ... ... I I I.7.2.T6l6vision Num6rique... ... t2 LS.Simulation d'un systdme OFDM... ... 12
L8.1. Rdalisation de la chaine de transmission sous Simulink... ..._ lz I.8.2 Am6lioration de la modulation ... 13
I.8.3. lnfluence d,es porteuses sur la tansmission OFDM ... 15
I.8.4 Moddlisatio:n de canal de transmission ... 16
Chapitre II
Amilfuration des transmissions OFDM d base des ondelettes
Il.1lntroduction... ... 19
II.2 Ddfinition d'une ondelette ...20
IL3 Les ondelettes : transformdes continue et discrdte.... ....,...20
II.3.1 Latransformdeenondelettescontinues ...20
II.3.2 Transfornrde en ondelettes discrdte ...21
II.4 Analyse multir6solution... ... 2l II.5 Familles dbndr:lettes ...-...23
[.5.1 Ondelette de Haar... ...23
II.5.2 Ondeletteside Daubechies ...24
II.5.3 Ondelettesrbiorthogonales ... ...25
II.6 Applications d'0nde1ettes... ... 25
II.7Le ddbruitage... ...26
Il.T.lDdbruitage par ondelette ...26
IlT.2Algorithme:ded6bruitageparondelettes... ...26
II.8Le seuillage...,... ... 2g II.8.l Les mdlhodes de seuillage.. ...2g Il8.l.lSeuillcrge doux... ...2g Il.S.l.2Seuillarge dw... ...2g II.8.1.3 Le seuillage dur modifi6.. ...30
II.8 Systdme OFDlvl d base de I'ondelette discrdte (DWT/IDWT) ... 3l II.9 Simulation d'un systdme OFDM-IDWT/DWT:... ...33
II.10 Conclusion... ...37
V
Chapitre lll
Etude d'un systime OFDM d base de codage convolutif
Ill.1lntroduction... ...38
III.2 Les codescorwolutifs... ...3g III.2.I Leprincipe ducodeurconvolutif... ...3g III.2.2 CodesNSC etRS... ...39
III.2.3 Representilion polynomiale... ...40
III.3 Algorithmesdedecodage... ...41
III.3.I Decodagedescodesconvolutifs.... ...41
III.3.2 L'algorithme de viterbi... ...,...41
III.3.3 Representation graphique du decodage de viterbi.... ...42
III.3.3.I Diagramme en arbre... ...42
111.3.3.2 Diagamme d'etat... ...43
III.3.3.3 Diagramme en treillis... ...44
III.4 Registre adecalage... ...44
[I.5 L'entrelacement... ...,...,..45
III.6 Transmission,OFDM utilisant le codage convolutifs.. ...45
Ill.Tsimulation ...47
III.7.I Etude de I'effet de lamodulation... ...47
III.T.2.Introduction cle code BCH ... ...4g III.7.3 Etude companrtive entre diff6rentes approches... ...51
Ill.9.Conclusion... ...51
Conclusion g6n6rale... ...52
R6f6rences.. ...53
VI
Liste des Figures
Chapitre I
Figure I.1 :(a) spectre d'une sous-porteuse et (b) Spectre d'un sigrral OFDM...5
Figure I.2 : Prefixr: cyclique... ...7
Figure I.3 : le principe de la modulation OFDM... ...g FigureI.4 : principe de laddmodulation OFDM ...9
FigureI.5: leprinoipedelamodulationOFDM... ...10
Figure I.6 : modulateur OFDM num6rique..- ...11
FigureI.T:D6modulateurOFDMnumdrique... ...11
Figurel.S: chainedetransmissionOFDM.... ...13
Figure I-9 : la variation de BER en fonction SNR pour differents 6tats de modulation. . ...14
Figure I.10: La variation de BER en fonction de SNR pour diffErents nombres de porteuses ...15
tr'igurel.ll: Blocnrultitrajets.. ...16
FigureI.l2: OFDVIavecmoddlisationducanalmultitrajet... ...17
Figure I.l3 : la variation de BER en fonction de sNR pour un OFDM classique et OFDM multi trajet... ...17
Chapitrell FigureII.l:principredel'algorithmedeMallat.... ...22
FigureII.2: Deconrpositionparondelette... ...,....,,,...23
FigureII.3: Repr6sentationdel'ondelettedeHaarentempsetenfr6quence...24
::i::11:..::::::::** d'onderettes de Daubechies (2 et 4) en temps et enfriquence Figure II.5 : princip. r;';;r** ;; ;'.*-.. .. ... .. . .. . ' ' t; FigureII.6: Principeduddbruitageparondelette... ...27
vtl
Frgure II.7 : Gralrhe de la fonction du seuillage dur... ...2g Figure II.8: Graphe de la fonctionde seuillage durmodifrd (seuillage de Kwon).... ...2g FigureII.9: Systdme OFDMdbasedeDWT... ...30 Figure II.10 : R6rilisation de systdme OFDM/DWT sous Simulink ...31
X'igure II.ll: La rrariation de BER en fonction de SNR de oFDM/DWT (2) po'r un nombre
de porteuses de 6af... ...32
Figure rr.12: La variation de BER en fonction de sNR de oFDlvt/D\w (2) pour un nombre
de porteuses de 12t8... ...34
Figure II.l3 : La'variation de BER en fonction de SNR de oFDM/Dwr (3) pour un nombre
deporteuses de64... ...34
F'igure rr.14 : La'variation de BER en fonction de sNR de oFDMIDWT (3) pour un nombre
deporteuses de128... ...35
Figurerr.l5: Etu,cecomparativedesBERpourdiftrentsnivearxdesondelettes...35
Figure III.1 Figure III.2
Figure III.3
Figure III.4
Figure III.4
Figure III.5
Figure III.6
F'igure III.7:
Figure III.8 :
Chapitre III
Diagpamme en arbre du Codeur convolutifs.. ...,,... ...42 Diappamme d'dtat d'un Codeur convolutifs.. ...43
Diagpmme en treillis d'un Codeur convolutifs. . .... .. . . . .... ...44 la vriation de BER en fonction de SNR pour diftrente modulation.. .... ...47
Architecture OFDM... ...4g
la variation de BER en fonction de SNR pour un codeur BCH. . . .. . .. . . ... ...4g Lavariation de BER en fonction de sNR pour le codage convolutif et
8CH... ...4s
Frgure III.9 :Etude comparative entre diffdrentes approches.. ... ..50
vill
Liste des Tableaux
Chapitre I
Tableau I.l : les praramifes utilis6s dans la simulation ...14
Chapitre II
Tableau II.1 : les paramdtres utilisds dans la simulation. . . ...47
lx
t[ntroduction
96n6rale
- Introductionginirale
En ce d6but du troisidme milldnaire, le domaine des tdl6communications et des r6seaux de transmission connait une profonde dvolution. Les systdmes de tdldcommunication et plus particulidrement les systdmes de communication sans fil font partie des technologies qui ont rdvolutionnd notre mode de vie. La connexion c6blde traditionnelle est dans une large mesure sinon totalemenl n:mplac6e par la connexion sans fil d une vitesse exponentielle. Les systdmes de communicationr; sans fil sont devenus presque ornnipr€sents dans nos vies [l].
Les communications sans fil utilisent le canal hertzien comme support de transmission (c'est une onde dlectomapdtique qui porte I'infonnation d tansmettre). Celui-ci est source d'importantes pertuLrbations pour le signal hansmis qui contribuent d le ddgrader fortement. Les ivanouissements rapides dus aux trajets multiples dans cet environnement affectent directement la qualitd de la transmission. Le sigrral anivant au d6tecteur n'est jamais compos6 d'une seule onde, mais de la superposition d'une multitude d'ondes provenant des interactions avec I'environnement (r(iflexions, diftactions, transmissions par les obstacles). En effet, la capacitd du tansport des donndes est simultandment li6e aux limites des systdmes de transmission, al111
techniques mises en place pour le partage des ressources entre les utilisateurs et aux traitements du signal regu [2].
Les canaux sans fil d large bande souffrent des dvanouissements qui provoquent ISI (interfirence entre srymbole). Si on augmente le d6bit le probldme de I'ISI devient plus grave.
Vers les annrSes 50, les premiers dispositifs renfermant la modulation multi porteuse ont vu le jour dans les llboratoires militaires. Les premiers moddles d'OFDM ont 6t6 prdsent6s par Chang en 1966 et Saltzberg en 1967. L'utilisation rdelle de la modulation Multi porteuse 6tait limitde et I'aspect pratique du concept a 6td remis en question. L'OFDM a 6td ddveloppei par Chang et Gibby en 1968, Weinstein et Ebert en 1971, Peled et Ruiz en 1980 et Hirosaki en
I 98 I . Ces demiers ont prouv6 la capacite d crder le principe de modulation et ddmodulation du signal d I'aide d'une technique avanc6e en taitement num6rique du sigrral : la FFT. Le choix de
IOFDM cornme technique de transmission a pu €tre justifid par des dtudes comparatives avec les systdmes d'une seule porteuse [3].
Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) est une technique de moduLlation multi-porteuse qui utilise les sous porteuses orthogonales d transmethe I'information. Dans le domaine frdquentiel, 6tant donn€ que la largeur de bande d'trne sous-porteuse est conguo pogr 6tre plus petite qut: la largeur de bande de cohirence [3].
Dans le cadre de notre travail de fin d'6tudes, nous allons aborder le probldmLe des transmissions OFIIM. Afin d'augmenter la qualitd des hansmissions, nous allons dtudier.deux approches. La prernidre conceme l'utilisation de la transformde discrdte en ondelette(D\MT) d la place de la tranriform6 de founier (FFT) et la deuxidme approche concerne I'utilisation du codage canal (la codage convolutifet le ddcodage de vietrbi).
Afin de bien prdsenter notre travail, nous I'avons structurd en trois chapihes :
le chapitre I pr6sente une conception d'un systdme OFDM classique
le chapitre 2 pr6sente des g6ndralit6s sur la transformde en ondelette, ainsi, que l'6valuation des performances d base de l'ondelette pour differentes familles des ondelettes.
le chapitre 3 presente des g6ndralitds sur l'une des approches utilis6es pour I'amdlioration des performances systdme OFDM qui consiste d introduire un codage conv,olutif et ddcodage vitert,i. Dans la deuxidme partie du chapitre, nous allons 6tablir une ,5tude comparative entre OFDM avec ondelette, Codage convolution et codage BHC.
Et on termine par une conclusion g6ndrale et des perspectives.
m*"1
Conception d'un sysfime
OFDMclassique
I.1 Introduction
Au cours des dernidres ddcennies, les systdmes de tdldcommunications ont rdalisd une vdritable rdvolution. Actuellemen! de plus en plus de solutions sont basdes sur des schdmas de tansmissionri multi porteuses du fait de leur excellente robustesse vis-d-vis des canarx d trajets multiples, Parmi ces solutions la modulation OFDM qui se pose corlme une solution de rdfdrence [4-1i].
L'idde de tramsmethe des donndes modul6es en paralldle, utilisant plusieurs frdquences porteuses, n'est 1ms recente. Le concept de modulations multi porteuses a pour origine celui du multiplexage frdquentiel (FDM) 14,6-n.
Ce concept a 6t6 introduit d la fin des ann6es 50 et 60 et a 6td utilisd dans des systdmes
de communications hautes fr6quences militaires. Par la suite, d'autres chercheurs s'intdressdrent de plus en plus aux modulations Multi porteuses. En 1966 des conditions d'orthogonaliti finent mises en dvidence. Cela aurait permis aux spectres des sous-porteuses respectives de se chevaucher, en optimisant ainsi la bande occup€e du sigrral 6mis [8]. Durant cette m6me ann6e R. w. chang a proposd le premier schdma d'un systdme OFDM [9].
Quelques anndes plus tard, R. W. Chang et R. A. Gibby amiliorent le concept en infioduisant la notion de signLaux orthogonaux d bande limitde, concept que I'on appellera par la suite OFDM [4].
En 1971, S' Weinstein et P. Ebert simplifient le sch&na de modulation/ddmodulation en utilisant la transfurmde de Fourier discrdte inverse (TFDI) d l'6metteur et TFD au rdcepteru, plus simple d utiliser et surtout plus facile d impl6menter sous forme d'algorithme rapide
ll0l.
I-e ehevauchement en reception de plusieurs versions retarddes du signal dmis entrainait I'interfdrence entre symboles successifs (IES, en anglais ISI : Inter-symbol Interference),
Afin de remidier d ce probldme, en 1980, A. Peled et A. Ruiz ont propose I'ajout d,un intervalle de garde cyclique (CP : Cyclic Prefix) oir la fin du signal OFDM est recopide dans I'intervalle de garde [ 1].
L2La techrnique OFDM
L'OFDM est une technique de modulation numdrique qui joue sur l'efficacite et la rentabilit6 de trarrsmission dans le canal radio mobile pour un environnement multi-trajets
Ir2l.
Cette technique consiste d repartir le flux d'information d transmettre sur une multitude de porteuses d I'intirieur de la bande de frdquence allouee. Oi, les ftquences
porteuses sont ottltogonales entre elles (d6phas6es de 90o). C'est comme si, pour acc6l6rer I'envoi de marchandises sur une autoroute, on ddcidait de repartir leur transport slu lme multitude de couloirs de circulation paralldles. La bande de fr6quence est d6coupee en canaux de transmission d,e fagon d utiliser au maximum le specfre allou6 [13].
I.3 Notion d'orthogonalit6 [141
La technique OFDM autorise un fort recouwement spectal entre les sous-porteuses
ce qui permet d'augmenter sensiblement leur nombre ou d'amoindrir I'encombrernent spectral, pour celq une notion d'orthogonalitd est attribude pour un bon fonctionnement. Les porteuses doivent respecter cette dernidre d la fois dans les domaines fr6quentiel et temporel.
En effet , si chague porteuse so (t) est transmise pendant la durde \ celareviernt d appliquer une po:rte de duree \ dla sous-porteuse dont l'enveloppe spectale est un sinus cardinal qui s'annule aux premidres frdquences fr - + et fr + ! ,ces deux frdquences sont
ru ru
aussi respectivement dgales d frqet fr*, On obtient ainsi I'enveloppe spectrale reprdsentde par la figure I.1, le spectre (a) 6tant celui d'une sous porteuse k , de bande l./ .\= lL et le
spectre (b) celui du signal OFDM d.l/ = 4 sous-porteuse qui s'dtale sur B:N. A / = {
"1n.1 la bande de frdquence est occup'de de fagon optimun
(a)
Figure I.1 : (a) Spectre d'une
(b)
sous-porteuse et (b) Spectre d'un signal OFDM.
Cette condition permet d'avoir une occupation spectrale iddale et d'iviter les interferences entre les sous-porteuses.
I.4 Probl&me d' inted6rence
Lors de la propagation dans un canal multi-trajet, Ie sigrral subit des distorsions caus6es par des diftrents phdnomdnes < rdflexion, diftaction, diftrsion > Ainsi, plusieurs veniors du m6me sigrral arrivent au niveau du rdcepteur avec des ddlais diffdrents. Cette distorsion engendre des interf6rences entre symboles [15].
Pour rdsoudre ce probldme d'interfdrences des mdthodes d'awrulationont dtais attribud..,
I.4.1 Interf6nences entre symboles
Les interfdrences entre symboles ISI constituent un probldme destructif qui rend complexe la rdcup6ration dr:s donndes dans les systdmes OFDM. Pour cela on insdre un intervalle de garde. L'insertion d'un intervalle de temps mort (ne contiens pas de donndes) peut r6soudre parfaitement le probldme de I'IS[ cette insertion au niveau de I'en-t6te de chaque symbole OFDM, en lieu et place du temps mort contient les m€mes donn6es que celles contenues tlans le symbole transnris. Qui va 6tre perfurbd d son tour par les diffdrentes versions retarddes des symboles precidents, mais ceci est sans effet, car les donnCes qu'il contient ne sont d'aucune importance. En confepartie, le symbole utile (d ddtecter) sera perturbd par les versions retarddes contenant les mdmes donndes, de ce fait ce t)?e de perturbations est parfaitement maitrisable [4].
I.4.2 Intenalle de garde
Pour 6liminer les interfdrences ente symboles (SI), un intervalle de garde est rajoutd pour chaque symbole OFDM. On choisit la durde de I'intervalle de garde de telle sorte quelle soit sup6rieure p€tr rapport d une durde de retard maximal causd par les ph6nomdnes de propagation d hajets multiples et qu'un symbole ne puisse pas interferer avec le prochain symbole [16].
Ils existent plusieurs techniques diffirentes pour I'infoduction des intervalles de gardes dans OFDIU. Il s'agit soit de remplir I'espace de garde ente des symboles cons6cutifs par des z6ros soit de recopier les derniers symboles de la trame que l'on nornme pre.fke cyclique.
Chapitre 1 -
Conception d'un sltstime OFDM classil\ue
1,4,2.1 Pr6fixe cyclique [171
L'orthogonalitd des sous-porteuses est maintenue en insdrant un prdfixe cyclique (PC) 6vitant ainsi le p1[6nomdne d'interference. En fait, le PC est une copie de la demidre p,artie du symbole OFI)M plac6e devant le symbole tout en occupant la durde de I'intervalle de garde.
Les intetferences ISI se produisent lorsque le retard relatif est plus long que I'intervalle de garde.
La du€e du symbole OFDM transmis peut-Otre reprdsentde par la relation suivante :
T =7"+T* (1.1)
on 4, est la long;ueur du prdfixe cyclique et \ lalongueur du symbole OFDM transmis.
Figure I.2 : Prdfixe cyclique
I.4.2.2 Technique z6ro padding
Dans cette techni(lue, en insert des z6ros dans I'intervalle de garde, donc aucun signal est transmis [7].
I.5 La modulation et la d6modulation OFDM [18]
I.5.1Prinr:ipe de la modulation OFDM
Le principe du multiplexage en fr6quence est de grouper des donn6es num€riques par paqrcts de N, qu'on appdlera symbole OFDM et de moduler par chaque donn6e une porteuse
diftrente en m€me temps
Consid6rons une sdquence de N donn6es CgtC1t...,.Cy-1
{+Tcp I
T
Appelons { la cluree symbole c'est-i-dire le temps qui separe 2 sCquences de N donn6es.
Chaque donnde c*module un signal d la frdquence fr .
Le signal individuel s'6crit sous forme complexe :
sr(t) = s*s2ioltr 0.2)
Le signal s(f)tolal correspondant dtoutes les donndes d'un symbole OFDM est la somme des signaux individuels :
(r.3)
tv-t
s(t)=lcue2ior,'
t=0
Le multiplexage est orthogonal si l'espace entre les fr6quences est l/Ts. Alors
fr = fr**
et
s$) = ezi'n'fcre'j'f"
t=0
Ce sch6mareprdsente le principe d'un modulateur
0.4)
(r.s)
GtrC t,-....,Cr*r.
El6rncnts binrirx
e2Jo{too+Y
X'igure I3 : pincipe de lamodulation OFDM
"2J*(Jg+rlTr\t
I.5.2 Principe de la d6modulation OFDM
Le signal pa:venant au rdcepteur s'dcrit, sur une dur6e symbole Ts : /V-l ",-, . .l< ,.
y(t) - | c o H r (t1e" " " o' n' rl.6)
K=0
I1r(r) est la fonction de transfert du canal autour de la fr6quence f.et au temps t.Cette
fonction varie lerLtement et on peut la supposer constante sur la p6riode Ts (Ts <<l/Bd) .
La ddmoclulation classique constituerait d ddmoduler le signal suivant les N s,ous-
porteuses suivant le sch6ma classique
y(tY-2idot
yltye-2idtt dt
"2jr(fy
_1)t
Figure I.4 : principe de la d6modulation OFDM
I.6 Implantation num6rique [141
Dans les communications ir haut d6bit, les ddbits sont limites par des contraintes physiques : le bruit dt aux imperfections des systdmes et la nature physique des composants affectent la transnrission du signal dmis. On rdduit dans ce cas les erreurs de tansmissio:n en numdrisant les inf brmations.
rs6
'T t?
rso
+T v(ve-2idN-t'dt ljn{"ftlt
zintfO, NIV
e 's
Figure I.5 : principe de lamodulation OFDM
Une simple traduction numdrique de ce schdma consisterait d impl6menter N
modulateurs en paralldle, cenfrds sur les fr6quences de chaque porteuse.
A l'aide de I'ctude theorique de I'OFDM effectuie prec*demment, on peut g*rercr une architecture rrumdrique 6quivalente simple d mette en @uvre.
I.6.1 Implantatiern num6rique d'un modulateur
L'analyse alg6brique indique que le signal de sortie s(/) est sous la forme :
s()=ezi,n,fcke2i'# Q.7)
En discrdtisant ce signal pour l'6tude num6rique, on offi$nt une sortie s(n) sous la forme Doaprds l'6tude thdorique, le schdma de principe du modulateur est le suivant :
bo,br'.'....
El&ncne bineirts
,v-l . .-hl
s, -lcre"'"i (I.B)
Les s(n) sont donc obtenus par une transfifihde de Fourier inverse discrdte des c(,t).En
choisissant le nonrbre de porteuses N tel que N: 2', le calcul de la transformee de Fourier inverse se simplifie par une simple IFFT nous conduisant au schdma num6rique suivant :
ezjt{l, lrt/Tsrr
10
Chapitre 1 Conception d'un s.vstime OFDM classitry
t inl
s/P
I F F
T
P/S
s r p( 1fF'|fut J
,l- 0(r1;
'l l:tn)
C H- lln
Figure I.6 : modulateur OFDM numdrique
1.1.6.2 Implanta tion num6rique d'un d6modulateur
L'analyse th6orique d6finit le sigrral discr6tis6 regu au niveau du d6modulateur sous la forme:
.nTS. /V-t .._lol
z(t,)=t(T)=zn=lcrHre""i (1.9)
z,estla transformde de Fourier discrete inverse de c rH* la dimodulation consiste donc d effectuer une transfonnde de Fourier directe discrdte . Le nombre de porteuses aywft et6 choisi tel que N- f' , on peut rdaliser ce calcul d I'aide d'une FFT. On obtient alors le schdma de principe suivant :
fl:p( -j'l'irlur )
s/P FF
T
P/S c
,ln)
i: U(r!l a l{n}
{: l{(il)
1[ni
l,*)
Figure I.7: Ddmodulateur OFDM num6rique I.7 Domaine d'arpplication
I.7.1 Radjiodiffusion Numdrique (DAB) :
Le concept du multiplexage par division de frdquences orthogonales (OFDM) pour la radio diffirsion numdrique date de la fin des ann6es 80. De nos jours, des systimes
1',l
Chapite I Conception d'un svstime OFDM classique
expdrimentaux sont opdrationnels et I'introduction sur le marchd s'en vient prochainement. Il
permet I'amdliordion de la reception mobile des 6missions radio.
L'une des raisons pour le choix de I'OFDM comme standard au DAB 5tatlapossibilitd de deployer une seule frdquence pour tout le r6seau. Les dmetteurs principaux et les relais peuvent utiliser iles m6mes sous-porteuses. Dans la reception avec des dmetteurs multiples, des sites d diversrit6 de gain sont exp6riment6s. Ceci est en net contraste avec la ddgradation typique par l' inlerf6rence mutuelle observ6e dans la nansmission analogique [9].
I.7.2 T6l6r'ision Num6rique
Les d6veloplpements dans le codage viddo MPEG-2 montrent qu'avec une bonne qualitd TV, les signaux lDeuvent €tre dishibuds sur un canal de 3 d 8 Mbit/s. L'OFDM a 6td prcrpose comme standard pour le DVB (Digital Vid6o Broadcasting) pour assurer la rdception mobile du DTTB (Digiftrl Terrestrial Television Broadcasting) [9].
I.8 Simulation d'un systime OX'DM
D'apris l'6tude thdorique r6aliser dans la premidre partie de ce chapitre et sachant que I'impl6mentation d'une chaine de transmission OFDM repose sur un calcul IFFT/FFT,.notre travail consiste d metfre en cuwe ceffe chaine d I'aide de I'outil Simulink disponible dans le logiciel Matlab 2017. Nous porurons ainsi par simulation tester nos diffErents qhoix d'architecture.
Au cours de cette partie, nous nous attacherons d suiwe chronologiquement ces diffdr,sntes dtapes:
r' Rdalisation de la chaine de transmission OFDM
r' Am6lioration de la modulation
,/ Influencr: du nombre de porteuses sur notre chaine de transmission OFDM
I.8.1 Realisrtion de la chaine de transmission sous Simulink
Conformdment aux exigences de I'impldmentation numdrique d'une chaine de transmission OFDM 6nonc6e dans la premidre partie, nous allons ddcrire les principales dtapes qui nous ont permis de sirnuler la technique OFDM d base d'IFFT. Ceci fut aisdment rdalise d I'aide des blocks IFFT et FFT en librairie de Simulink pour aboutir au sch6ma suivant :
12
Chapitre I Conceotion d'un s.vstDme OFDM classique
Figure I.8 : chaine de tansmission OFDM
Le bloc bernoullibinary gdndre des nombres binaires al6atoires en utilisant une distribution
de Bernoulli qui,est multiplex€e i I'aide d'un buffer. Les donndes obtenues i la sortie du bloc QPSK sont des nombres complexes ddfinis d partir d'6ldments binaires par une constellation de modulation d: phase en quadrature QPSK a plusieurs 6tils 2q .Dans notre cas, on utilise une modulation,[- PSK.
Les donndes sont ensuite converties du domaine fr6quentiel au domaine temporel pendant leur passage danrs I'IFFT pour Otre envoydes vers le rdcepteur. Pendant le passage dans le canal d trajets mrultiples, un bruit additif s'accumule et affecte le signal-
Au niveau du rr5cepteur, I'FFT convertit les donndes du domaine temporel au domaine frdquentiel un ddrmodulateur r6cupdre I'estimation du signal.
La comparaison est faite d l'aide de bloc taux d'erreur binaire (BER)
Shon-iitE SFcfirrt
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Chapitre I Conceotion d'un svstbme OFDM classiaue
L8.2 Am6lioration de la modulation
Cette partie nous permit d'6valuer les performances de systdme de transmission OFDM d base d'IFFT pour diffdrentes modulations.
Pour cela nous allons utiliser les paramdtres de simulation suivante :
Tableau I.1 : les paramdtres utilisds dans la simulation
Paramdtre Valeur
Nombre de sous canaux
<tM>r
&
hrtervalle de garde Ml4
N'ombre d'it6ration 1000
lvlodulation 4-QAM,8-QAM, I6-QAM, 32-
QAM,64-QAM
d
1fl
102
H 1U"
to{
10{
to6
Figure I.9 : variation de BER en fonction SNR pour diff6rents 6tats de modulation
456
sNR(dB)
14
Chapitre 1 Conception d'un s.vstime OFDM classiaue
Cette figure represente la variation de BER en fonction SNR qui vari€ entre 0 et I dB utilisant un canal bruitd AWGN et dont la variation de diffdrents 6tats de modulation.
On remar,que que pour chaque modulation et d chaque fois que les valeurs du SNR croient le BER ddcroit oi la croissance d'ordre de modulation provoque la croissance de .BER On remarrlue aussi une d6gradation des performances lorsque le nombre d'dtats de la constellation utilisde augmente. Ceci rdsulte de la diminution de la distance euclidienne entre les constellations pour diftrents 6tats d'augmentation de la taille constellation.
I.E3Inflruence des porteuses sur la transmission OFDM
Pour I'am6lioration de notre modulateur, nous s'int6resserons sur un autre paramdtre qui est le choix du nomtrre de porteuses N.
Pour notre simulation, nous envisageons les trois architectures suivantes :
o CTFDM avec32porteuses.
. C|FDM avec 64 porteuses.
o CIFDM avec 128 porteuses.
10-
4 tr.
10-3
10-4
EIIJ co
---- hF64
t#128
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
10--
104
sNR(dB)
Figure I.10: variation de BER en fonction de SNR pour differents nombres <le porteuses
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