Cooperative MIMO relaying for Public Transport Abderrazek Abdaoui Marion Berbineau INRETS – LESOT Villeneuve d'ascq le 14 Novembre 2007

Plan Introduction Techniques coopératives : Motivation et état de l'art Application transport : Relayage coopératif,

Introduction La diversité de transmission nécessite plus qu'une antenne à l'émission, Cependant, vue les problèmes liés à la taille, au coût et à la complexité d'implémentation de l'émetteur en système MIMO classique cette diversité est difficilement réalisable, =>Solution: recours aux systèmes coopératifs :. Antennes multiples virtuelles à l'émission. Techniques de relayage, réseaux à trois noeuds.. Possibilité d'extension vers un réseau coopératif.

Téchniques coopératis : Motivation et état de l'art L'idée des réseaux de relais coopératifs a été introduite pour la première fois en 1971 par Van Der Meulen. En 1979, Cover Tomas et El Gamal, ont présenté la théorie fondamentale du canal à relais (capacité -...) : Decode and Forword (DF) et estimate and Forword (EF) ont été introduit. Bornes de la capacité ont été calculées. Actuellement : Kramer 2005 et Host-Masen ont pu faire l'extension de études de capacité vers les systèmes à antennes multiples MIMO. Les travaux actuelles des systèmes coopératif portent sur : - Estimation théorique de la capacité, sachant une configuration donnée, - Taux d'erreur en fonction du type de modulation et de l'algorithme de détection distribué, - Probabilité de coupure

Téchniques coopératis : Motivation et état de l'art Pourquoi les systèmes coopératifs: Ils permettent une transmission en diversité comme en MIMO par l'intermédiaire de noeuds équipés d'une seule antennes. Transmission en diversité (solution pour les évanouissements), gain du codage relais (réduit le TEB). Dans les systèmes coopératifs les relais, permettent de monter les performances et qualité de service du systèmes (TEB, probabilité de blocage,... ) par coopération.

Application transport : Relayage MIMO Control center Nutilisation pour la transmission haut débit de flux audio- vidéo entre un Bus et une Station de contrôle. Solutions existantes et résultats : Chaine Wima (2x4 MIMO) pour liaisons point-à-point avec codec Alamouti, Traitement itératif.

Canaux réels Canyon Canyon with P Suburban Rayleigh Rice K=0.9 Rice K=0.5

Dans un système coopératif, le relais peut assurer une des fonctions suivantes : Amplifie et retransmet (AF), Détecte (Décode) et retransmet (DF), Compresse et retransmet (CF) - (S) vers (R et D) est un mode Diffusion, - (S) et (R) envoient vers (D) simultanément :accès multiple Fonctions assurées par le relais

Scénarios préliminaires

Algorithme (AF) en MIMO: VMIMO

Shéma MIMO- Alamouti 2x2 sans codage canal SNR0=3 dB Source - Destination SNR1 dans {-10-20dB} SNR2 dans {2,4,6,8 dB} Codeur Alamouti ST 2 x 2 2 BCU constellation Relayage & Relayage coopératif

Simulations SER en fonction du SNR1 (source-relais) SNR0=cst, SER= , SNR0 3dB, SNR2=2dB SNR0 3dB, SNR2=4dB

Simulations SNR0 3dB, SNR2=6dBSNR0 3dB, SNR2=8dB Pour SNR2 ~SNR0, Schéma coopératif est la plus performante MRC: réception utilise les deux liaisons MIMO 2x2 provenant du relais et de la source ====> VMIMO (liaison équivalent obtenu : 2x4. Pour SNR2>>SNR0 et pour SNR1 élevé, MIMO coopératif sera moins performant

Intérprétation Le SER pour M-QAM est donné par : Le rapport signal à bruit à la réception (Relayage non coopératif ) :

VMIMO en environnement réel Canaux issus de mesures et canaux modélisés : Bus – Relais : Canyon Urbain, Bus – Base de contrôle : Canyon Urbain, Relais – Base de contrôle : Rice (paramètre K),

VMIMO en environnement réel Résultats : - Schéma relais non coopératif est très sensible a paramètre K du canal de Rice, - Schéma relais coopératif, peu sensible, résultat mérite plus de rigueur pour l'interprétation.

VMIMO en environnement réel Voie montante : Bus ---> Base de contrôle : Voie descendante Base de contrôle ---> Bus (H 1,n 1 ) R (G) D (Bus) S (Base) (H 2,n 2 ) Phénomène d'amplification de l'erreur suite au canal de Rice en voie montante

VMIMO en environnement réel Voie montante : Bus ---> Base de contrôle : Voie descendante Base de contrôle ---> Bus (H 1,n 1 ) (Canyon) R (G) D (Base) S (Bus) (H 2,n 2 ) (Rice) Phénomène d'amplification de l'erreur suite au canal de Rice en voie montante

VMIMO en environnement réel

Conclusion Le schéma coopératif et non coopératif ont été évalués par simulations (VMIMO) L'allure du SER du Relayage MIMO a été justifié théoriquement, Implémentation des canaux transport ont permis de montrer l'influence du facteur de Rice sur les performances,