Modélisation d'un modulateur et démodulateur OFDM Pierre GRUYER, Simon PAILLARD Encadrant : Vincent CALMETTES Projet « Techniques de base » - 15 décembre 2005

Plan Contexte Problématique Principes et fonctionnement de l'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Implantation numérique Réalisation d'une chaîne OFDM sous Simulink Améliorations à envisager Conclusion

Contexte Augmentation exponentielle des besoins en débit Besoin de mobilité des terminaux Besoins croissants en terme de couverture MAIS ... Ressource spectrale encombrée > augmentation de l'efficacité spectrale

Problématique : le canal Sélectivité en fréquence > Interférences entre symboles (ISI) Plusieurs trajets pour un même signal > Échos de retards et amplitudes variables > aggravation des ISI

Problématique : Caractérisation du canal multitrajets Tm : étalement des retards ou réponse impulsionnelle Spectre Dopler Bd Fonction de transfert : > amplitude et retard des n échos considérés

Problématique : Défis des multitrajets Possibilité d'interférences destructrices Sélectivité en fréquence qui augmente avec le débit > dégradation des performances Égalisation des signaux reçus > complexité croissante avec la bande

Principes : les modulations multiporteuses Modulation multiporteuses > répartition des symboles sur des porteuses à bas débit symbole Ainsi, Ts >> Tm > diminution des ISI Baisse des effets de la sélectivité en fréquence > égalisation simplifiée Cas de l'OFDM : fréquences orthogonales > meilleure efficacité, simplification des calculs

Principes : le fonctionnement de l'OFDM On groupe les symboles par paquets de N Chacun des N symboles c0, ..., ck, ..., cn-1 module une porteuse de fréquence fk

Principes : l'orthogonalité des fréquences Un symbole module une porteuse dans une fenêtre rectangulaire de durée Ts > fk et fk' sont orthogonales si séparées d'un nombre entier de 1/Ts Sinus cardinal qui s'annule tous les k/Ts (k≠0)

Principe de la démodulation Signal reçu sur une durée symbole : On replace le signal en fréquence autour de 0 :

Implantation numérique : mise en évidence de l’IFFT discrétisation

Implantation numérique : le modulateur

Implantation numérique : le démodulateur FFT discrétisation

Réalisation : les étapes de la simulation mise en œuvre d’une chaîne de transmission de référence modélisation du canal amélioration de la modulation QPSK introduction de code BCH et Reed Solomon influence du nombre de porteuse dans l’OFDM

Réalisation : la chaîne de référence QPSK

Réalisation : la chaîne OFDM

Réalisation : la modélisation du canal But: tenir compte des multitrajets Modèle choisi: évanouissement d’une des porteuse 10% du temps

Réalisation : l'influence des multitrajets

Réalisation : l'amélioration de la modulation TEB avec ordre binaire TEB avec code de Gray

Réalisation : le code concaténé BCH - Reed Salomon Attention: Simulink concidère un mot de code comme une trame incassable

Réalisation : l'influence des codes correcteurs

Réalisation : le choix du nombre de porteuses Critères de choix: multiple de 2 selon le type de canal la compléxité souhaitée pour le modulateur

Réalisation : la chaîne de transmission choisie Caractéristiques: constellation QPSK en code de Gray codes correcteurs concaténés Reed Salomon (3,7) avec BCH (21,31) IFFT à 64 points

Améliorations à envisager (1) Orthogonalité des sous-porteuses à préserver > intervalle de garde Séquences d'apprentissage pour estimer le canal (découverte des Hk(t))

Améliorations (2) Codage et entrelacement Diversité fréquencielle VS égalisation simple Canaux étroits très sensibles aux perturbations > entrelacement en fréquence Canaux variables dans le temps (canal mobile) > entrelacement temporel (attention au délai) Simulation : mettre en oeuvre l'entrelacement et un modèle de canal plus réaliste > montrer les réelles capacités de l'OFDM en environnement perturbé

Conclusion l'OFDM : une avancée technique majeure des paramètres primordiaux : nombre de porteuses rendement du code choix de la constellation Avantage : Simplification de l'égalisation en numérique Nécessité de compenser la perte de diversité en fréquence > diversité d'espace (MIMO)