présentation mastere

8/4/2019 prsentation mastere

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Ecole Nationale dIngnieurs de Tunis

Laboratoire des Systmes de Communications

Soutenance de mmoire de Master

Ralis par :

Ben Djema Ahmed Bassem

Etude Comparative des Estimateurs

du Canal WSSUS en Standard DVB-T


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Plan

Introduction

Le systme OFDM

Description du systme DVB-T

Modle de canal radio mobile WSSUS

Estimation de canal

Rsultats de simulation

Conclusion


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Introduction

Problmatique :Etude et comparaison des diffrents algorithmes

destimation de canal pour un systme OFDM radio mobile

oprant dans un contexte DVB-T europen.

Objectifs:

Dveloppement dun programme de simulation dun

systme OFDM en standard DVB-T.Simulation du modle de canal WSSUS radio mobile.Tester lefficacit des algorithmes destimation de

canal en standard DVB-T.


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Plan

Introduction

Le systme OFDM



Estimation de canal


Conclusion


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Le systme OFDM

LOFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) est

un systme de modulation multi porteuses MCM (Multi Carrier

Modulation)

Lide est de diviser la totalit de la bande passante alloue

pour transmettre le signal en un nombre finit de sous porteuses.

Linformation sera transmise sur chacune de ces sous

porteuses.

Lespacement entre ces sous porteuses est choisi tel que ces

dernires soient mathmatiquement orthogonales les unes par

rapport aux autres.


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Le systme OFDM

tfie 0

2

MapperElments binaires

,..., 10 bb

Elments

complexes

110 ,...,, Nccc

tT

Nfi

Ue

12

0

0c

1Nc

tT

fiUe

12 0

1c

Canal

0ctfi

e 02

1ct

Tfi

Ue

12 0

1Nct

T

Nfi

Ue

12 0

ts +

S/P

Figure 1 : Schma de principe dun modulateur multi-porteuses


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Le systme OFDM

La ralisation suivant le schma de principe ncessiteraitNoscillateurs.

Ce ci nest pas ralisable en pratique.

Le signal s(t) total est la somme des signaux individuels :tfik

kec2

.

1

0

22

1

0

2.. 0

N

k

T

kti

k

fiN

k

tfi

kuk eceects

Lexpression mathmatique du signal s(t), montre quon peut

le considrer comme la transforme de Fourier inverse des

symboles ck.


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Le systme OFDM

Un chantillonnage du signal s(t) avec une priodedonne : N

T

T

u

e

1

0

.2

21

0

..2

2... 00

N

k

N

nki

k

fiN

k

T

Tnki

k

fi

e eceecensTnsu

e

Nn ,...,2,1Avec

On rappelle la dfinition de la transforme de Fourrier inverse

discrte IDFT, qui associe aux symboles xk les symboles Xn

donnes par la relation :

1

0

.2

.1 N

k

N

nki

kn exN

X


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Le systme OFDM

Le signal s(t) apparat donc comme la transform de Fourrier

inverse discrte IDFT des symboles ck, lindice kfait rfrence

la kme sous-porteuse.

Lintroduction de ces symboles complexes , associs la

modulation M-QAM, dans un module IDFT donne en sortie

lensemble des symboles s(n) du signal.

A la rception, il suffira deffectuer la transforme de Fourrier

discrte directe DFT des symboles reues.

Dans la pratique, pour la ralisation de ces calculs, lesalgorithmes de la IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) et de la

FFT (Fast Fourier Transform) implments dans un DSP sont

utiliss.


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Principe dorthogonalit en OFDM

Le signal OFDM est compos dune somme deNsinusodes

de frquences respectives transmises durant une

dure Tu.u

kT

kf

Cela revient appliquer la sous-porteuse une porte de

dure Tu dont le contenue spectral est un sinus cardinal qui

sannule aux frquences :

u

klT

lff


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21/04/2012 11


UT

f1

|Sk(f)|

fkf

u

kT

f1

u

kT

f1

Figure 2 : Spectre dune sous porteuse


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21/04/2012 12


Lespacement entre les sous porteuses permet

dorganiser ces sous-porteuses de telle sorte quau maximum

dune porteuse donne les autres porteuses sont nulles :

Cest la condition dorthogonalit

Cette condition permet ainsi davoir une occupation spectrale

idale et dviter les interfrences entre les sous-porteuses.

UT1


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Principe dorthogonalit des sous-porteuses en OFDM

UT

f1

|S(f)|

f

fn

Maximum des porteuses

Au maximum dune porteuse

donne les autres porteuses sontnulles


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Problme des interfrences

A cause du comportement multi-trajets du canal, lorthogonalit

entre les sous-porteuses nest pas conserve.

Ce qui perturbe la rcupration des donnes la rception.

Pour viter ces interfrences, un intervalle de garde cyclique est

ajout entre deux symboles OFDM. uT sT

Symbole i Symboles i+1 Temps

Figure 3 : Insertion de lintervalle de garde cyclique


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Le systme OFDM

La modulation OFDM (Orthogonal Division Frequency

Multiplexing) a t retenue pour plusieurs applications :

DAB

DVB

La modulation OFDM est choisie pour :

Son efficacit spectrale

Sa robustesse aux canaux de propagation multi-trajets

Son dbit lev.


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Plan

Introduction

Le systme OFDM



Estimation de canal


Conclusion


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21/04/2012 17

Le systme DVB-T

Un systme DVB-T a comme objectif :Dadapter un signal TV cod en MPEG-2 au canal terrestre du

cot de lmetteur.

Pouvoir restituer les paquets MPEG-2 transmis partir du signal

reu du cot du rcepteur.

La transmission COFDM (Coded Orthogonal Frequency

Division Multiplexing) est utilise pour raliser cet objectif.

COFDMest un codage de correction derreur concatn puissant

utilis avec la modulation multi porteuse OFDM.


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Lmetteur DVB-T

Figure 4 : Diagramme en bloc dun metteur DVB-T


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Le rcepteur DVB-T

Figure 5 : Diagramme en bloc dun dmodulateur DVB-T


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21/04/2012 20

Paramtre de la modulation OFDM en

standard DVB-T


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21/04/2012 21

Plan

Introduction

Le systme OFDM



Estimation de canal


Conclusion


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Caractristiques du canal radio mobile

Plusieurs phnomnes physiques caractrisent un canal

radio :

La rflexion du signal sur un obstacle.La rfraction du signal lorsque celui-ci traverse un

milieu d'indice diffrent de celui d'o il provient.

La diffraction due un obstacle.

Figure 6 :Phnomnes physiques caractrisant un canal radio mobile


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Caractristiques du canal radio mobile

La fonction de transfert du canal n'est pas plate maiscomporte des creux et des bosses dus aux obstacles entre

l'metteur et le rcepteur.

Le canal est dit alors slectif en frquence.

Si en plus, le rcepteur est mobile les caractristiques du

canal radio changent et par consquent sa rponse

frquentielle change au cours du temps.

Le canal est dit alors slectif en temps et en frquence.


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21/04/2012 24


La rponse frquentielle du modle WSSUS (Wide-Sence

Stationnary Uncorrlated Scattering) peut tre exprime par

lquation suivante :

Avec :

nest la phase

fDnest la frquence DOPPLER

nle dlai du trajet.Les valeurs de n, fDnet nsont choisis alatoirement

suivant une fonction de densit de probabilit PDF du canal

considr.

N

n

nD

N

ftfnj ne

N

tfH

1

221lim,


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Simulation du modle de canal WSSUS

Dans le but danalyser les caractristiques dune chane

de transmission numrique, toute la chane doit tre

modlise par une simulation.

Dans cette simulation, le canal radio mobile est une partie

du systme de transmission.Une description stochastique du canal offre plus de dtail

et une modlisation adquate en la comparant un modle

dterministe.

La rponse impulsionnelle du modle WSSUS est :

ltfj

L

l

lllDepth

,2

1

,


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Avec :

L est le nombre de rflecteurs dominants

Les paramtres de chaque trajet sont :

nest la phase initiale du trajet

fDnest la frquence DOPPLER

nestle dlai du trajet

Ces trois paramtres sont choisis alatoirement suivant

leurs fonctions de densit de probabilit.

La slectivit en frquencedu canal et due au fait que

chaque trajet prsente son propre dlai n.

La slectivit en tempsdu canal est la consquence du

mouvement du rcepteur et elle est dcrite par la

frquence DOPPLER fDn.


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De ce fait, on a besoin de trois gnrateurs de nombres

alatoires. Chacun est dfinit par son propre PDF.

La phase alatoire nest suppose uniformment

distribue sur lintervalle [0 2]

Les PDF de fDnet nsont donnes par les quations

suivantes :

2

max

max1.

1

D

D

D

D

b

f

ff

fp

eap


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La simulation de ces gnrateurs donne :

0 max -fDmax 0 fDmax

Distribution du dlain Distribution de lafrquence DOPPLER fDn


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La simulation du modle WSSUS de canal radio mobilepour les paramtres suivants :

L=12 rflecteurs dominantsmax= 7sfDmax=10Hz

Rponse frquentielle du canal WSSUS

|H(f,t)|

f

t


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Plan

Introduction

Le systme OFDM



Estimation de canal


Conclusion


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Lgalisation frquentielle

Leffet du canal sur le signal mis scrit dans le domaine

temporel :

Avec:

s(t) le signal OFDM mis

r(t) le signal reu,

h(t) la rponse impulsionnelle du canal multi-trajets

n(t) le bruit du canal suppos de type AWGN.

tndthstnthtstr

.


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Dans le domaine frquentiel limpact du canal scrit :

fNfSfHfR .

Cette quation reste valable pour les signaux discret si deux

conditions sont vrifies :Le nombre de symboles sur lesquels seffectue la FFT est

suffisamment important.

Un des deux signaux de la convolution est priodique

(vrifie grce lintroduction dun intervalle de gardecyclique)

Les points de la constellation du signal reu sont donns par :

lklklklk NXHY ,,,,


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Lestimateur de canal a pour rle de produire une bonne

estimation de la rponse frquentielle du canal

La rponse frquentielle du canal est connue uniquement aux

positions des symboles pilotes :

va tre estimer par interpolation base sur les valeurs

connues de

lkH ,

pp

pp

pp

lk

lk

lk

X

YH

,

,

,

^

lkH ,

pp lkH ,^


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Mthodes destimation de canal adaptes aux

canaux slectifs en temps et en frquence

Pour lensemble des mthodes, les hypothses suivantes sont

supposes satisfaites :

La rponse du canal est constante sur chaque sous-bande.

Le rcepteur et lmetteur sont parfaitement synchroniss.

Lintervalle de garde cyclique est suprieur au retard

maximum de la rponse impulsionnelle du canal de

transmission.


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Les mthodes destimation de canal bases

sur linsertion de symboles pilotes

Les valeurs et les positions de ces symboles pilotes sont connues

du rcepteur.

Ces mthodes se divisent en deux grandes classes suivant

larrangement des symboles pilotes dans la trame OFDM mise :

Trame pilote

Porteuse pilote.


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Les mthodes destimation de canal bases

sur linsertion de symboles pilotes

Types darrangement des symboles pilotes


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Estimation de canal en standard DVB-T

Pour le standard DVB-T la position des symboles pilotes est

donne par :


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Estimation de canal en standard DVB-T

La position alatoire des symboles pilotes induit une bonneperformance surtout dans le cas dun canal slectif en temps et en

frquence.

Lestimation se fait par filtrage bidirectionnel :

En direction temporelleEn direction frquentielle

Pour estimer la totalit de la rponse frquentielle du canal on peut

utiliser :Linterpolation linaire et de second ordre

Linterpolation filtre bidimensionnelle constitue par la

cascade de deux filtres passe bas.


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Linterpolation linaire et de second ordre

Il sagit de dterminer les valeurs manquantes de la rponsefrquentielle de canal radio mobile comme tant une

combinaison linaire des valeurs connus :

Interpolation linaire

mHLlmHmH

lmLHkH

ppp

1


40/55

21/04/2012 40

Linterpolation linaire et de second ordre

Interpolation de second ordre

L

l

mpHcmpHcmpHc

,.

c

,.c

,

c

Avec

lmLHkH

2

1

1

11

0

2

1

1

11011


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Interpolation filtre bidimensionnelle

A la rception, On connat un chantillonnage bidimensionnel de

la rponse frquentielle du canal dont la priode dchantillonnage

est donne par la localisions des symboles pilotes.

La transform de Fourrier bidimensionnelle de la rponse

frquentielle du canal est donne par :

dfdteetfHfS tfjfjD D

22

,,

peut tre considrer bande limit, en respectant une

valeur limite pour la frquence DOPPLER et le dlai de propagation. DfS ,


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peut tre approximer par un filtre passe bas DfS ,


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Un chantillonnage bidimensionnel priodique de rponse

frquentielle du canal donne :

n

n

k

k

ssffA TksTnstksnsftfHtfH 22211211 ,,,

La transform de Fourier bidimensionnelle donne :

ss-savec

,1

,

21122211

11122122

ss

sT

ks

sT

nsf

fs

ks

fs

nsS

fTsfS

n

n

k

k ssD

sDA


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21/04/2012 44


En standard DVB-T, les valeurs des coefficients sij sont :

2et1,6,322211211

ssss

42

,12612

1,

'

n

n

k

k ss

D

s

DAT

k

T

nf

f

k

f

nS

fTfS

On obtient :


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21/04/2012 45


La reprsentation graphique de cette structure bidimensionnelle

donne :


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21/04/2012 46


Pour pouvoir restituer la rponse frquentielle variant en temps et

en frquence du canal radio mobile, un filtrage bidimensionnel sera

effectu.

Aprs filtrage temporel, seul le spectre en gris reste.

La frquence de coupure de chacun de ces deux filtres est :

pour le filtre en direction temporelle

pour le filtre en direction frquentielle.

sD Tf .max

f.max

Pl


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21/04/2012 47

Plan

Introduction

Le systme OFDM



Estimation de canal


Conclusion


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21/04/2012 48

Description de la simulation

Paramtres du systme :

DVB-T en mode 2k

Dure utile dun symbole OFDM 224s

Nombre de porteuses 1705

Type dintervalle de garde : extension cyclique

Dur de lIntervalle de garde 56s, 28s, 14s, 7s

Taille de la FFT 2048

Largueur de bande 7.61MHzFrquence porteuse 90MHz

Constellation : 4-QAM et 16-QAM

Modle de canal : Canal WSSUS

Comparaison du BER entre une chane code


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Comparaison du BER entre une chane code

et non code

Cas de la modulation 4-QAM

Modle de canal :WSSUS

L=12Rflecteurs dominantsmax= 7s

fDmax= 10HzCorrespond V=120Km/h

Constellation :4-QAM

Dure de lintervalle

de garde = 7s

BER en fonction du dlai maximum de


50/55

21/04/2012 50


propagation

BER en fonction du dlai maximum de propagation


L=12Rflecteurs dominants

fDmax= 10Hz

Correspond V=120Km/hConstellation :

4-QAMDure de lintervalle

de garde = 7s

BER



51/55

21/04/2012 51


propagation

BER en fonction du dlai maximum de propagation


L=12Rflecteurs dominants

fDmax= 10Hz

Correspond V=120Km/hConstellation :

16-QAMDure de lintervalle

de garde = 7s

Comparaison du BER entre les estimateurs


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21/04/2012 52


simuls



L=12Rflecteurs dominantsmax= 7s

fDmax= 10HzCorrespond V=120Km/h


Dure de lintervalle

de garde = 7s



53/55

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C pa a a

simuls



L=12Rflecteurs dominantsmax= 7sfDmax

= 10HzCorrespond V=120Km/h


Dure de lintervalle

de garde = 7s

Plan


54/55

21/04/2012 54

Plan

Introduction

Le systme OFDM



Estimation de canal


Conclusion

Conclusion


55/55

Conclusion

Dans ce mmoire, nous avons dvelopp un programme de

simulation dun systme OFDM oprant dans un contexte DVB-T

europen.

Nous avons test lefficacit de quelques algorithmesdestimation de canal bass sur les symboles pilotes.

Nous avons tudi la performance de la chane de transmission

simul pour diffrents paramtres du systme DVB-T.

En standard DVB-T, lestimation filtre bidimensionnelle est la

plus performante en terme de taux derreurs binaires.

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