TS217 - COMMUNICATIONS NUMÉRIQUES SANS FIL

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TS217 - COMMUNICATIONS
NUMÉRIQUES SANS FIL
Benoît ESCRIG / ENSEIRB-MATMECA / IRIT
10/01/13
Communications Numériques Sans Fil Benoît ESCRIG 1Bibliographie
10/01/13Communications Numériques Sans Fil Benoît ESCRIG
2
Rappaport : Wireless Communications, 2ème Edition, Ed
Prentice Hall, 2002
Sklar : Digital Communications, Fundamentals And
Applications, Ed. Prentice Hall, 2004
Proakis : Digital Communications, 4ème Edition, Ed Mac Graw
Hill, 2001
Haykin, Moher : Modern Wireless Communications, Ed
Prentice Hall, 2005
Objectif général du cours
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Modèles de canaux radio-mobiles
Techniques d’égalisation
Modèle de transmission sans fil
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Un émetteur (mobile ou fixe) avec un modem
Un récepteur (mobile ou fixe) avec un modem
Entre l’émetteur et le récepteur : le canal de transmission
(l’air)
Voie descendante, voie aller, downlink :
station de base vers terminal.
Voie montante, voie retour, uplink :
terminal vers station de base.

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Intérêt du canal AWGN
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Cours précédents : conception
d’équipements dans le cadre
d’un canal AWGN (Additive
White Gaussian Noise)
Canal AWGN : canal idéal
(performances de référence)
Exemple : BER d’une BPSK
avec Eb/N0, SNR moyen par bit
-5 0 5 10
10
-6
10
-4
10
-2
10
0
E
b
/N
0
(dB)
P
b
Probability of Error for Binary Modulation
=
0
2
1N
E
erfcP
b
b
Apport des techniques de transmission
avancées
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Canaux de propagation
réels : dégradation des
performances de BER
par rapport au cas
AWGN
Contrainte : besoin de
techniques de
transmission pour se
rapprocher des
performances des
canaux AWGN
-5 0 5 10
10
-6
10
-4
10
-2
10
0
E
b
/N
0
(dB)
P
b
Probability of Error for Binary Modulation
Canal sélectif en
fréquence sans
correction des ISI
Canal sélectif en
fréquence avec
correction des ISI Canal AWGN
Canal AWGN vs canal de communication sans fil
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EMETTEUR
BITS
BRUIT AWGN
RECEPTEUR BITS
CANAL AWGN
EM.BITS
BRUIT AWGN
RE. BITS
CANAL DE COMMUNICATION SANS FIL
FILTRE VARIANT
ALÉATOIREMENT
DANS LE TEMPS
Connaissances acquises à l’issue du cours
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Caractérisation des canaux de transmission sans fil :
Trajets multiples, fading, slow et fast fading, sélectivité en fréquence et
flat fading
Égalisation
Pré-requis :
Modulations numériques :
M-PSK pour M-ary Phase Shift Keying
M-QAM pour M-ary Quadrature Amplitude Modulation
Canaux AWGN et récepteurs numériques
Canaux à bande limitée, ISI (Inter-Symbol Interference)

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Plan du cours
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I. Modélisation des canaux radio-mobiles
II. Égalisation
III. Conclusion
Plan du cours
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I. Modélisation des canaux radio-mobiles
II. Égalisation
III. Conclusion
Utilisation des modèles de canaux
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Canaux : élément
conditionnant l’utilisation des
techniques de transmission
Exemple : utilisation de
l’égalisation pour pallier la
sélectivité en fréquence des
canaux
-5 0 5 10
10
-6
10
-4
10
-2
10
0
E
b
/N
0
(dB)
P
b
Probability of Error for Binary Modulation
Canal sélectif en
fréquence sans
correction des ISI
Canal sélectif en
fréquence avec
correction des ISI Canal AWGN
Caractérisation des canaux sans fil
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Atténuation de la puissance
émise
Phénomène de trajets multiples
Phénomène de fading
Trajets
multiples
Fading

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Caractérisation de l’atténuation de la puissance
émise
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Perte en espace libre : formule en 1/dnoù d
représente la distance entre l’émetteur et le récepteur
Pertes dues aux gros obstacles (shadowing) :
variations gaussiennes sur les pertes en dB (variations
log-normales sur les pertes en échelle linéaire)
Exemple : cas d’une antenne isotropique
Lp(d) dépend de d et de la longueur d’onde du
signal λ(λ= c/f)
Rappel : c=3.108m/s
Application numérique : GSM
Fréquence : 900 MHz
Affaiblissement entre une station de base et un portable
situé à 100 m : 70 dB
( )
(
)
λ
π
2
4d
dL
p
=
Variations log-normales autour de la perte
moyenne
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Fading à long terme : RV (random variable) Ls(d) composée d’une valeur
moyenne et d’une RV Xσ
Xσ: RV log-normale en échelle linéaire; donc Xσnormale en échelle
logarithmique
Dynamique : de 6 à 10 dB, voire plus
(
)
(
)
(
)
σ
XdLdL
ss
×=
(
)
(
)
(
)
dB
dBsdBs
XdLdL
σ
+=
atténuation
atténuation moyenne
Gestion à long terme de l’atténuation de la
puissance émise
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Puissance reçue mesurée par le récepteur
Puissance comparée au niveau minimal
requis pour atteindre les objectifs en
termes de performances
Mesure renvoyée à l’émetteur qui ajuste la
puissance à émettre en conséquence
Phénomène à long terme ne nécessitant
pas un temps de réaction rapide
t
Puissance reçue
Pmin
Trajets multiples et fading
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Phénomène de trajets multiples
Point de vue macroscopique : réflexions des ondes électromagnétiques (EM) les
obstacles entre l’émetteur et le récepteur
Réception de plusieurs signaux décalés en temps
Phénomène de fading
Point de vue microscopique : diffractions et réfractions des ondes EM sur les
obstacles
Continuum de trajets multiples

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Modèle de propagation
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Trajets multiples : réception de
plusieurs versions atténuées et
retardées du signal émis s(t)
Fading : une atténuation aléatoire sur
chaque trajet
Utilisation du modèle « trajets
multiples » et du modèle « fading »
Trajets multiples dès que les trajets sont
séparables
Sinon, fading
Pratique : mélange des deux modèles
Trajets
multiples
Fading
Modèles mathématiques correspondants
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( ) ( ) ( ) tnτtshtr
N
iii
+−=
∑
−
=
1
0
Notations :
Bruit AWGN (Additive White Gaussian Noise) : n(t)
Coefficient du trajet i : hiou hi(t)
Signal reçu : r(t).
Nombre de trajets identifiables : N
( ) ( ) ( ) [ ] ( )
tntτtsthtr
N
iii
+−=
∑
−
=
1
0
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) [ ] ( ) tntτtsthtr
tnτtshtr
N
iii
+−=
+−=
∑
−
=
1
0
égaux
≈
i
τ
Modèle trajets multiples
Modèle fading
Modèle général
Caractérisation des phénomènes de dispersion
d’énergie par rapport au modèle de propagation
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Loi des coefficients multiplicatifs
Étalement temporel du signal reçu
Variation temporelle du canal
Gestion des phénomènes dus aux trajets
multiples et au fading
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Échelle temporelle des phénomènes trop
courte pour qu’ils soient compensés par un
ajustement de la puissance émise
Impact sur le signal : atténuation mais
surtout déformation (pas de compensation
possible par augmentation de la puissance)
Solution : techniques de réception
combinées avec des techniques d’émission
t
Puissance reçue