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Modélisation d'un modulateur et démodulateur OFDM

Pierre GRUYER, Simon PAILLARD Encadrant : Vincent CALMETTES Projet « Techniques de base » - 15 décembre 2005. Modélisation d'un modulateur et démodulateur OFDM. Plan. Contexte Problématique Principes et fonctionnement de l'OFDM ( O rthogonal F requency D ivision M ultiplexing)

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Modélisation d'un modulateur et démodulateur OFDM

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

  2. 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

  3. 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

  4. 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

  5. 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

  6. 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

  7. 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

  8. 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

  9. 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)

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

  11. Implantation numérique :mise en évidence de l’IFFT IFFT discrétisation

  12. Implantation numérique :le modulateur

  13. Implantation numérique :le démodulateur FFT discrétisation

  14. 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

  15. Réalisation :la chaîne de référence QPSK

  16. Réalisation : la chaîne OFDM

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

  18. Réalisation :l'influence des multitrajets

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

  20. Réalisation : le code concaténéBCH - Reed Salomon Attention: Simulink concidère un mot de code comme une trame incassable

  21. Réalisation :l'influence des codes correcteurs

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

  23. 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

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

  25. 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

  26. 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)

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