L OFDM La Modulation que Tout le Monde Aime Nicolas IbrahimEsme – 22 Novembre 2004.

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1 l OFDM La Modulation que Tout le Monde Aime Nicolas IbrahimEsme – 22 Novembre 2004

2 2 Source Information Modulation Binaire Modulation Couche PHY Canal de transmission BPSK, QPSK, MSK, PSK, QAM, Multidimensionnel, … étalement de Spectre, Filtre gaussien, RRC, OFDM, … Briques de base de la Chaîne de transmission Déjà sorti : xDSL, HiperLan, DAB/DVB, 802.11.a, g Prochainement sur la 3G…

3 3 Modulation OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplex présentation temporelle a k sont les symboles à moduler. !!! Nombre entier des Périodes pendant un temps symbole Ts Les formes donde sont orthogonales La fonction porte g(t)

4 4 Modulation OFDM : présentation fréquentielle

5 5 Frequency-Time Representation

6 6 OFDM : La Modulation Signal « on the air » Et la FFT alors ??? !!! a0a0 a1a1 a2a2 akak a N-1 SYNTHESE a0a0 a1a1 a2a2 akak a N-1 ANALYSE Ts

7 7 a0a0 a1a1 a2a2 akak a N-1 0 1 2 … k….. N-1 a0a0 a1a1 a2a2 akak a N-1 a0a0 a1a1 a2a2 akak a0a0 a1a1 a2a2 akak a0a0 a1a1 a2a2 akak temps Symboles a0a0 a1a1 a2a2 akak a N-1 Regardons de plus près…. 1 er élément de la FFT 2 ème élément de la FFT 3 ème élément de la FFT k ème élément de la FFT N ème élément de la FFT

8 8 FFT a0a0 a1a1 a2a2 akak a N-1 Modulation avec FFT Donc, modulation et surtout DEMODULATION est bien facile, mais encore …. a0a0 a1a1 a2a2 akak a N-1 IFFT P/S Un symbole OFDM: T s

9 9 Fréquence temps Visualisation en temps/Fréquence TsTs TcTc W Relation entre variables

10 10 2 S 1, 2 1 S 1, 1 Canal Multi trajet t S1S1 Canal multi-trajet h(t)= a 0 +a 1 (t- 1 )+a 2 (t- 2 ) S2S2 S 1, 1 S 1, 2 ISI Ts : signaux non-orthogonaux PROBLEME S3S3 S3S3 S3S3

11 11 S1S1 Ts T IG t Ts : signaux orthogonaux Protection par distance de sécurité (Intervalle de Garde) 1 S 1, 1 2 S 1, 2 S2S2 S2S2 S2S2 S1S1

12 12 Solution pour lISI : Intervalle de Garde Insertion de Zéros (Zero padding) Préfix Cyclique (Cyclic Prefix) Sur cet intervalle, les ondes restent orthogonales TsTs t Sur cet intervalle, les ondes ne sont plus orthogonales TsTs t

13 13 Mais, que devient le canal multi-trajet ?? Signal modulé Canal multi Trajet Signal reçu Projection sur la fréquence k Grâce à lIG

14 14 Hypothèse Fondamentale : h i (t) = h i pour (n-1)T s < t < nT s i.e le canal est constant sur la durée dun symbole OFDM La transformée de Fourier de {h i }

15 15 Le dilemme… Réalité: réponse fréquentielle sur une sous bande Modèle Un point par sous bande Condition La réponse est constante Augmenter N En fréquence En temps fréquence H(f) N N N

16 16 UMTS–OFDM : cest la même histoire !! UMTS : étalement a1 0 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1.. a1 1 t 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1.. a2 1 a2 0 = M*A = a2 1 a2 0 a1 0 a1 1 OFDM : Modulation fréquentielle

17 17 Problème majeur de lOFDM Peak to Average Ratio PAR Si le symbole à lentrée = [1,1,….1] Si le symbole à la sortie = [N,0,….0] 1 1 1 1 1 IFFT N00N00 Le signal à la sortie nest pas à enveloppe constante Problème de saturation de lamplificateur de puissance Problème de distorsion du signal amplifié

18 18 Amplification de puissance Plage linéaire Plage Non-linéaire 0 A in A out Plage de variation du signal Des méthodes de codage existent pour réduire le rapport PAR, On arrive à des rapport de lordre de 3 dB

19 19 Feasibility Study for OFDM for UTRAN enhancement Goal: Introduce a downlink high data bit rates based on OFDM Estimate benefits and complexity by introducing OFDM in UTRANScope: Study aspects of: capacity/coverage/cost/complexity Consider co-existance with existing UMTS mode Impacts on signalling in UTRAN Study of physical layer aspects only Au sein du 3GPP

20 20 Reference System Architecture HS-PDSCH/HS-SCCH/DPCH HS-DPCCH/DPCCH OFDM-PDSCH/OFDM -SCCH/OFDM-TPCCH

21 21 Frame structure for the OFDM

22 22 Illustrative OFDM TTI time-frequency structure; P = pilot sub-carrier, S = signaling sub-carrier, D = data traffic sub-carrier. Time-Frequency Multiplexing

23 23 Reference OFDM configuration parameter sets Temporal structure of the OFDM signal (one timeslot), parameter set 1 ParametersSet1 (Simens)Set2 (Nortel) TTI duration (ms)22 OFDM symbol size(samples)512+57(56)=569(568)1024+64=1088 OFDM Sampling rate (Msamp/s)7.686.528 Tc (OFDM) / Tc (UMTS)217 / 10 #OFDM symbols/TTI2712

24 24 Signalling and Control Channels Mapping Signalling/control information Rel 99/5 Channel Equivalent OFDM Physical Channel Minimum number of uncoded signalling/control bits Transmit power control command (TPC)DPCCHOFDM-TPCCHk bits per slot Channelisation-code set HS-SCCHOFDM-SCCH 7 per 2ms sub-frame Modulation scheme 1 Transport-block size 6 Hybrid-ARQ process number3 Redundancy version 3 New-data indicator 1 UE identification 16