Modélisation d'un modulateur et démodulateur OFDM

Pierre GRUYER, Simon PAILLARDEncadrant : 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 T

m : 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 >> T

m

> 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, ..., c

k, ..., c

n-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> f

k et f

k' 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

discrétisation

IFFT

12

Implantation numérique :le modulateur

13

Implantation numérique :le démodulateur

discrétisation

FFT

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 code de Gray

• TEB avec ordre binaire

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

• multiple de 2

• selon le type de canal

• la compléxité souhaitée pour le modulateur

Critères de choix:

23

Réalisation :la chaîne de transmission choisie

•constellation QPSK en code de Gray•codes correcteurs concaténés Reed Salomon (3,7) avec BCH (21,31)•IFFT à 64 points

Caractéristiques:

24

Améliorations à envisager (1)

Orthogonalité des sous-porteuses à préserver> intervalle de garde

Séquences d'apprentissage pour estimer le canal (découverte des H

k(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)