Ultra Wide Band
ULTRA WIDE BAND
Martial COULON
ENSEEIHT - 3 annee Telecom-Reseaux - option Mobilite
annee 2007-2008
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Ultra Wide Band
Plan du coursIntroduction
DefinitionHistorique et ReglementationsApplicationsSpecificites
Principes de transmissionEmetteurs I-UWB
Forme du pulseModulations TH-UWBModulations DS-UWB
Emetteurs MC-UWBPrincipes generauxOFDM-UWB
Modelisation du canalModeles Large EchelleModeles Petite Echelle
RecepteursProblemes generaux pour recepteurs UWBRecepteurs I-UWBRecepteurs MC-UWB
Coexistence avec d’autres systemesInterferences UWB sur systemes NBInterferences des systemes NB sur UWBInterferences UWB sur UWB
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Principes de transmissionEmetteurs I-UWB
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Emetteurs MC-UWBPrincipes generauxOFDM-UWB
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Introduction
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Introduction
Definition
Definition
fh : frequence haute a -10dBfl : frequence basse a -10dBLargeur de bande fractionnaire (fractional bandwidth) :
FB =fh − fl
(fh + fl)/2
1ere definition
signal UWB si FB > 20%
2eme definition (fc > 6GHz)
signal UWB si fh − fl > 500 MHz
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Introduction
Definition
1er type de signal UWB : Impulse UWB (I-UWB)
emission d’impulsions tres breves de duree ∼ 1nsavec ou sans modulation sur frequence porteuse
Avantages :
I peu d’interferences avec autres systemes UWB
Inconvenients :
I interferences possibles avec nombreux systemes Narrow-Band (NB)
I necessite de synchronisation tres fine
2eme type de signal UWB : Multi-Band UWB (MC-UWB)
emissions simultanees de multiporteuses dans des bandes de largeur > 500MHz
Avantages :
I possibilite d’eviter certaines bandes
Inconvenients :
I implementation plus difficile
I besoin de FFT tres rapide5/ 108
Ultra Wide Band
Introduction
Definition
Comparaison de spectres I-UWB et MC-UWB
Spectre d’un signal I-UWB monocyle gaussien
Spectre d’un signal MC-UWB OFDM
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Ultra Wide Band
Introduction
Definition
Principaux interets de UWB
I resolution temporelle tres fine+ grand potentiel pour la localisation (radar)
I plus grande robustesse en environnement multi-trajet tres dense si on saitexploiter les trajets resolvables+ moins de fading
I densite spectrale de puissance tres faible+ coexistence possible avec d’autres systemes avec peu d’interferences
I plus grande capacite (au moins sur faibles distances)
I applications de faibles a tres hauts (> 100Mbps) debits
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Ultra Wide Band
Introduction
Definition
Comparaison des capacites UWB/802.11a/Bluetooth
I EIRP = −41dBm, N0 = −108dBm.
I Path Loss : n = 2 pour d < 8m, n = 3.3 pour d > 8m.
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Ultra Wide Band
Introduction
Historique et Reglementations
Bref historique de l’UWB
I 1ers systemes UWB : Marconi (1894-1896)+ premieres transmissions radio par emission d’impulsions tres breves
I pas de technologie adaptee pour communications radio par UWB+ evolution des systemes radio sur frequence porteuse+ systemes par pulse limites au radar
I 1973 : premier brevet de systemes de telecommunications par UWB
I 1989 : terminologie ”UWB” proposee par le Department of Defense US
I debut 90’s : debut de la recherche sur les communications radio I-UWB
I avril 2002 : specification du masque de puissance d’emission par la FederalCommunications Commission (FCC) US+ pas de restriction de la definition de l’UWB a l’I-UWB+ debats sur les avantages/inconvenients respectifs de I-UWB etMC-UWB
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Ultra Wide Band
Introduction
Historique et Reglementations
I debut 2006 : dissolution du groupe de recherche IEEE 802.15.3a pour lastandardisation de l’UWB+ developpement de solutions proprietaires+ OFDM-UWB pressenti pour prochaine generation de Bluetooth,et pourprochaine norme ETSI
I fevrier 2006 : proposition du masque d’emission par la Conferenceeuropeenne des postes et telecommunications (CEPT)
I ? : masque d’emission japonais
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Ultra Wide Band
Introduction
Historique et Reglementations
Reglementations
FCC (avril 2002) : accord pour produits UWB sans license
I pas de bandes specifiques allouees
I superposition avec d’autres systemes existants
3 types d’applications :
I Radar pour vehicules
I Imagerie et Surveillance (imagerie medicale, imagerie a travers desobstacles)
I systemes de communications (indoor et outdoor)
Specification seulement du masque de puissance (densite moyenne de PIRE(EIRP))+ pas de schema de modulation impose
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Ultra Wide Band
Introduction
Historique et Reglementations
Masques FCC pour systemes de telecom
Masques telecom Masque Radar vehicule
Avenir : certaines contraintes eventuellement relachees si pas d’impact desequipements UWB sur systemes NB.
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Ultra Wide Band
Introduction
Historique et Reglementations
Masques Europe et Japon pour systemes de telecom
Masques Europe (CEPT) Masque Japon
Bande 4.2GHZ-4.8GHz (Europe) : autorisation provisoire de transmettre a-41.3dBm/MHz sans technique de reduction d’interference (jusqu’au 31decembre 2010).
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Ultra Wide Band
Introduction
Applications
Applications
Types d’applications visees :
I hauts et bas debits
I faible cout
I faible puissance
Radar Haute Resolution
I pulses large bande + nombreuses informations sur la cible (forme,materiau,...).
I possibilite d’avoir frequence centrale faible + penetrer structures solides.
I resolution∆R =
cτ
2avec τ = duree du pulse
ex : τ = 100ps + ∆R = 1.5cm
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Ultra Wide Band
Introduction
Applications
Imagerie
I a travers les murs : detection/identification presence de personnes(respiration, battements de coeur,...).
I medicale : regarder dans le corps + meilleure que IRM car possibilite debouger.
Communications
I initialement applications militaires
I remplacement de cables pour equipements hauts debits (∼ Gbps pourapplis multimedia) + offres commerciales (Motorola, Intel,...)
I WPAN : connecter differents equipements sur Ø < 10mex : IEEE 802.15.3a
110 Mpbs sur 10m200 Mps sur 4m480 Mbps < 4m
I amelioration de Bluetooth pour debits ∼ USB 2.0 (480Mbps)
I systemes UWB pour equipements sur vetements
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Ultra Wide Band
Introduction
Applications
Localisation (Location Aware Communications)
I reseaux de capteurs- surveillance et controle de processus industriels automatises- pas de maintenance pendant des annees (utilisation a 0.1%)
I IEEE 802.15.4a (ZigBee)- bas debits, faible consommation- interconnexion d’equipements sans fil- suivi (tracking) de personnes et d’objets - services proposes aux pompiers
Premiers produits commerciaux
avant l’autorisation de la FCC (2002)
I Xtrem Spectrum : Trinity (2002). WPAN : remplacement de cables pourMPEG2 (Fast Ethernet).
I Time Domain Corp. : PulsOn (1999, 2002). Transmission voix/videos,tracking, capteurs industriels, securite.
I MSSI : systemes radars et communications pour applis militaires et civiles.
I Aether Wire: localisation avec ∆R = 1cm sur plusieurs kms avec reseaude centaines ou milliers de capteurs.
I 802.15.4a : en cours de normalisation. Puissance transmise leq0.5mW. 16/ 108
Ultra Wide Band
Introduction
Specificites
Specificites
Problemes nouveaux avec UWB, inexistants ou negligeables pour systemes NB
I gigue temporelle (timing jitter) + perte de synchro, de donnees
I oscillateurs non-ideaux
I distorsion de l’impulsion dependante de la frequence
I effets des antennes non constants sur l’ensemble de la bande
I modeles de propagation et de canal de transmission
I pour MC-UWB : tres grand PAPR + les equipements doivent supporterce pic de puissance
I synchronisation extremement precise entre emetteur et recepteur
I technologie DSP : besoin de FPGA et ASICs pouvant fonctionner aplusieurs dizaines de Gbps + limites actuelles.ex. : pulse ∼ 250ps, 2 ech./pulse, 6 bits par ech. ⇒ 48Gbps.Pbs conversion analogique/numerique : BP en entree du convertisseur leqbande du signal.
I WPAN : reseaux auto-organises, dynamiques. Nouveaux pbs pour couchesMAC.
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Principes de transmission
Plan du coursIntroduction
DefinitionHistorique et ReglementationsApplicationsSpecificites
Principes de transmissionEmetteurs I-UWB
Forme du pulseModulations TH-UWBModulations DS-UWB
Emetteurs MC-UWBPrincipes generauxOFDM-UWB
Modelisation du canalModeles Large EchelleModeles Petite Echelle
RecepteursProblemes generaux pour recepteurs UWBRecepteurs I-UWBRecepteurs MC-UWB
Coexistence avec d’autres systemesInterferences UWB sur systemes NBInterferences des systemes NB sur UWBInterferences UWB sur UWB
References18/ 108
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Principes de transmission
Emetteurs I-UWB
Transmissions I-UWB
Formes de l’impulsion
Formes les plus frequentes : gaussienne et ses derivees
I Impulsion gaussienne :
p(t) = αe−(t−µ)2/2σ2
duree du pulse = 2πσ
I Derivee premiere de gaussienne :
p(t) =32k6
πte−(kt)2
I Derivee seconde de gaussienne :
p(t) =
(32k2
9π
)1/4 (1− 2(kt)2) e−(kt)2
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Ultra Wide Band
Principes de transmission
Emetteurs I-UWB
Impulsions basees sur la gaussienne
Probleme
ne rentre pas forcement dans la bande 3.1GHz-10.6GHz (ou autre)ou n’optimise pas le spectre
Gaussienne modulee sur frequence centrale fc
p(t) =
(8k
π
)1/4(1 + e
2π2f2c
k
)−1/2
e−(kt)2 cos(2πfct)
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Ultra Wide Band
Principes de transmission
Emetteurs I-UWB
Autre possibilite
p(t) =
M−1∑m=0
wmpe(t−mT0)
pe(t) : impulsion elementaire de duree T0 (ex. : T0 = 35.7ps ou T0 = 73pssuivant complexite possible)wm : coefficients a optimiser pour utiliser au mieux la bande spectrale
Adequation de differentes formes d’onde au masque spectral
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Ultra Wide Band
Principes de transmission
Emetteurs I-UWB
Deux grands types de modulations pour I-UWB
I Time-Hopped UWB (TH-UWB) : code (cj)j utilise dans le decalagetemporel du pulse
I Direct-Sequence spread-spectrum UWB (DS-UWB) : code (cj)j utilisedans l’amplitude du pulse
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Ultra Wide Band
Principes de transmission
Emetteurs I-UWB
TH-UWB
Principe
objectif : emettre une suite de bits (. . . , b0, b1, . . . , bk, bk+1, . . .) (bk = 0/1)audebit 1/Tb.methode : decalages temporels du pulse de “granularite” δ par utilisation d’uncode pseudo-aleatoire (cj)j avec cj entier
1ere etape : repetition de chaque bit Ns fois (redondance par code repeteur)+ (. . . , b0, . . . , b0︸ ︷︷ ︸
Ns fois
, b1, . . . , b1︸ ︷︷ ︸Ns fois
, . . . , bk, bk+1, . . .) ≡ (. . . , a0, a1, . . . , aj , aj+1, . . .)
+ sequence binaire (aj)j au debit Ns/Tb ≡ 1/Tf.Tf : duree de la trame (frame) durant laquelle est emis chaque bit aj a l’aided’un pulse de duree Tp Tf
Interet de plusieurs pulses par bit
fournir suffisamment d’energie par bit pour la detectioncar 1 pulse → faible puissance (pour satisfaire au masque) → peu d’energie
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Ultra Wide Band
Principes de transmission
Emetteurs I-UWB
codage
aj ↔ cj ∈ 0, 1, . . . , Nh
decalage temporel
dj = cjTc + ajδ =
cjTc pour aj = 0cjTc + δ pour aj = 1
avec duree chip Tc et δ tels que
cjTc + δ < Tf, ∀cj
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Ultra Wide Band
Principes de transmission
Emetteurs I-UWB
Signal module transmis
Pulse-Position Modulation (PPM-TH UWB)
s(t) =∑j
√Epp(t− jTf − dj)
Ep : energie a emettre par pulse.
Pulse-Amplitude Modulation (PAM-TH UWB)
s(t) =∑j
√Epβjp(t− jTf − cjTc)
avec βj = 1− 2aj .
+ generalisation possible aux modulations a plusieurs etats M-PPM etM-PAM.
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Ultra Wide Band
Principes de transmission
Emetteurs I-UWB
DS-UWB
Principe
objectif : emettre une suite de bits (. . . , b0, b1, . . . , bk, bk+1, . . .) (bk = 0/1)audebit 1/Tb.methode : utiliser un code binaire d’etalement (cj)j avec cj ∈ −1,+1,periodique de periode Np (Np = kNs).
1ere etape : repetition de chaque bit Ns fois (redondance par code repeteur)+ (. . . , b0, . . . , b0︸ ︷︷ ︸
Ns fois
, b1, . . . , b1︸ ︷︷ ︸Ns fois
, . . . , bk, bk+1, . . .) ≡ (. . . , a∗0, a∗1, . . . , a
∗j , a∗j+1, . . .)
Nouvelle sequence :aj = 2a∗j − 1 ∈ −1,+1
+ sequence binaire (aj)j au debit Ns/Tb ≡ 1/Tf.Tf : duree de la trame (frame) durant laquelle est emis chaque bit aj a l’aided’un pulse de duree Tp Tf.
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Ultra Wide Band
Principes de transmission
Emetteurs I-UWB
Signal module transmis (1 pulse par trame)
s(t) =∑j
√Epajcjp(t− jTf)
=∑j
√Epdjp(t− jTf)
remarque : pour DS-SS “classique”, p(t) rectangulaire sur [0;Tf].
Alternative (Nh pulses par trame) : code (cj)j=0,...,Nh
s(t) =∑j
√Epaj
Nh−1∑i=0
cip(t− jTf − iTc)
=∑j
√Ep
Nh−1∑i=0
djp(t− jTf − iTc)
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Ultra Wide Band
Principes de transmission
Emetteurs MC-UWB
Principes generaux
Methode
I 1 flot de donnees → decoupe en plusieurs sous-flots transmis en parallelesur differentes sous-bandes de largeur & 500MHz
I sous-porteuses modulees a des debits plus faibles pour minimiser l’ISI.
I trains de pulses UWB et sous-canaux orthogonaux + grande efficacitespectrale, hauts debits.
Avantages de MC-UWB
I meilleure resolution temporelle + meilleures performances sur canauxmulti-trajets
I meilleure utilisation du spectre + debits plus grands
I permet d’eviter certaines sous-bandes
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Ultra Wide Band
Principes de transmission
Emetteurs MC-UWB
Forme generale du signal
s(t) = β∑j
N−1∑n=0
bjnp(t− jTp)e2iπnfp(t−jTp)
avec :
I β fixe la valeur de la puissance emise
I bjn symbole transmis sur la neme sous-porteuse durant le jeme intervalle
I fp = 1/Tp
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Ultra Wide Band
Principes de transmission
Emetteurs MC-UWB
OFDM-UWB (Multiband-OFDM)
Difference avec OFDM “classique” :
forme d’onde p(t) non-constante sur [0;Tp]
p(t) =
N∑n=1
s(t− nT )e−2jπc(n) t
Tc
avec
I s(t) : pulse elementaire de duree Ts < T
I p(t) : pulse module de duree Tp = NT
I c(n) : sequence de Frequency-Hopping (permutation de 1, . . . , N)I s(t− nT ) : module a la frequence fn = c(n)
Tc
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Ultra Wide Band
Principes de transmission
Emetteurs MC-UWB
Exemple de mise en forme FH-OFDM UWB avec N = 4.
Specificites de MB-OFDM par rapport a OFDM :
I redondance en temps
I redondance en frequences
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Ultra Wide Band
Principes de transmission
Emetteurs MC-UWB
Multi-Band OFDM pour IEEE 802.15.3a
I 14 sous-bandes de 528MHz
I 128 sous-porteuses par sous-bande, espacees de 4.125MHz
- 100 pour les donnees, modulees en QPSK- 12 tons pilotes pour le suivi de phase/porteuse- 10 tons de garde aux extremites- 6 tons nuls
I prefixe cyclique de 60.61ns pour chaque saut
I intervalle de garde de 9.47ns (pour passer d’une bande a l’autre)
Plan de bandes pour FH-OFDM UWB.
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Ultra Wide Band
Principes de transmission
Emetteurs MC-UWB
Mapping des sous-porteuses pourMB-OFDM.
Frequency-Hopping dans la 1ere
sous-bande.
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Ultra Wide Band
Principes de transmission
Emetteurs MC-UWB
Debit binaire MB-OFDM
R =NSC
Ts + TCP + TGI
m · rSF
I NSC : nb de sous-porteuses de donnees (ex. : NSC = 100)
I Ts = 1/∆f : duree symbole utile (ex. : Ts = 1/(4.125MHz))
I TCP : duree du prefixe cyclique (ex. : TCP = 60.61)
I TGI : duree de l’intervalle de garde (ex. : TGI = 9.47)
I m : nb de bits par symbole
I r : taux de codage
I SF : gain d’etalement (= SFtemporel × SFfrequentiel)
Exemples de debits pour MB-OFDM.
Debit R r Time SF Frequency SF SF total bits/symbole OFDM55Mbps 11/32 2 O 4 100
110Mbps 11/32 2 N 2 200200Mbps 5/8 2 N 2 200480Mbps 3/4 1 N 1 200
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Plan du coursIntroduction
DefinitionHistorique et ReglementationsApplicationsSpecificites
Principes de transmissionEmetteurs I-UWB
Forme du pulseModulations TH-UWBModulations DS-UWB
Emetteurs MC-UWBPrincipes generauxOFDM-UWB
Modelisation du canalModeles Large EchelleModeles Petite Echelle
RecepteursProblemes generaux pour recepteurs UWBRecepteurs I-UWBRecepteurs MC-UWB
Coexistence avec d’autres systemesInterferences UWB sur systemes NBInterferences des systemes NB sur UWBInterferences UWB sur UWB
References36/ 108
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Modelisation du canal
Modeles Large Echelle
Canal de Propagation
Ce qui est different avec UWB...
I canaux NB : coefficients du canal et effets de propagation (y comprisantennes) constants sur toute la largeur de bande.
I valable pour FB≤ 0.01, mais pas pour UWB.
I canaux NB multi-trajet : signal recu = somme de copies du signal emis,attenuees, retardees, dephasees (→ distorsion frequentielle du signalglobal).
I UWB : chaque composante subit sa propre distorsion freqentielle.
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Large Echelle
Propagation a Larges Echelles
Formule de Friis
I signaux NB : Path Loss (a peu pres) constant sur toute la bande
I signaux UWB : Path Loss peut varier sur la bande.
Path Loss en espace libre
Puissance recue :
Pr =EIRP
4πr2Ar =
PtGt4πr2
Ar
avec
Ar = ouverture effective de l’antenne receptrice =λ2
4πGr
Pr =PtGtGrλ
2
(4πr)2
PL =
(4πr
λ
)2
+ PL a priori fonction de λ (pour antennes a gain constant).
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Large Echelle
Antenne d’emission a ouverture constante
EIRP = Pt4πAtλ2
+
Pr = PtAtAr(λr)2
+
PL ∝ (λr)2
I Tx gain constant / Rx ouverture constante
Pr = PtGtAr
4πr2
I Tx ouverture constante / Rx gain constant
Pr = PtAtGr
4πr2
+ PL independant de λ dans les 2 cas.
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Large Echelle
Pulses recus a differentes distances pour un meme pulse emisPulse emis : gaussien ∼ 200ps / Pulses recus normalises pour eliminer lefacteur 1/r2
Antenne Bicone Antenne Corne
Bilan
Pour une meme antenne, toujours le meme pulse recu.+ distorsions seulement dues aux antennes elles-memes.+ PL independant de λ.
PL(r) = PL0
(r0
r
)2
PL0 contient la dependance vis-a-vis de λ.40/ 108
Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Large Echelle
Path Loss en espace non-libre
PL moyen
PL(r) = PL0
(r0
r
)nQuestion : n depend-il de λ ? + pas de consensus.
n mesure pour differentes antennes, f ∈[1GHz-10GHz], r ≤ 10m
Question : que se passe-t-il pour r > 10m ?
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Large Echelle
Modeles de Path Loss dependant de f
H(f) : fonction de transfert mesuree du canal
PL(f) = E
[∫ f+ ∆2
f−∆2
|H(f)|2df
]→ pas de prise en compte des antennes.
Differents modelesI
PL(f) ∝ f−2k, k ∈ [0.8; 1.4]
I
log10 PL(f) ∝ e−δf
δ = 1 pour LOS, δ = 1.36 pour NLOS.
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Large Echelle
Propagation meilleure qu’en espace libre ?
Mesures du Path Loss et Shadowing en bureau/residence indoor
+ existence de valeurs de n inferieures a 2.Pourquoi ? + le signal mesure ne contient pas que le trajet LOS, mais on acollecte de l’energie sur d’autres trajets.
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Large Echelle
Modeles de Path Loss dependant du recepteur
Difficulte particuliere en UWB : recuperer toute l’energie disponible
+ modeles de PL fonction de la quantite d’energie collectee
+ dependent du type recepteur
+ pas forcement applicable a tous recepteurs.
Exemple : Peak Path Loss
ne considere que la composante multi-trajet la plus puissante+ meilleure representation du PL pour les recepteurs capables de ne recupererqu’une partie de l’energie du signal+ exposant du PL plus grand
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Large Echelle
Path Loss total Peak Path Loss
Alternative
considerer le Path Loss total et definir un facteur de captation de l’energieapproprie a l’architecture du recepteur
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Large Echelle
Shadowing
Comme pour systemes NB, shadowing en UWB ∼ N (0, σ2L) (en dB)
Valeurs typiques pour σL : entre 1.5dB et 4dB
CDFs mesurees et theoriques du Shadowing pour LOS et NLOS
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Large Echelle
Ex. de Path Loss aleatoire (avec Shadowing) : IEEE 802.15.4
PL(r) = PL0 + 10µn log10
r
r0+ 10σnX1 log10
r
r0+X2µσ +X2X3σσ
avec :
I PL0 : Path Loss moyen a la distance r0
I µn, σn : moyenne et variance de l’exposant du PL n
I µσ, σσ : moyenne et variance de σL
I X1, X2, X3 ∼ N (0, 1)
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Large Echelle
Bilan de Liaison
Objectif (cas general) :
Determiner la portee du systeme, i.e. distance maximale permettant d’obtenirune puissance recue minimale
Pr = Pt +Gt +Gr − PL− Pertes−Marge
+ determination de Eb/N0 d’apres :
Eb ≈ Pr ×duree du symbole
nb de bits par symbole
Marge :
I determinee grace au shadowing
I garantit que Eb/N0 obtenu dans toute la zone couverte avec une certaineprobabilite
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Large Echelle
Pour UWB :
I Pic de puissance puissance moyenne + Eb 6= Puissance moyenne ×Duree symbole / nb de bits+ puissance moyenne pas unique parametre a considerer
I gains des antennes pas necessairement constants sur tout la largeur debande
I ouvertures des antennes pas necessairement constants sur tout la largeurde bande
I fading eventuellement moins fort en UWB + marge reduite
Solution Possible
1. eliminer Gt et Gr du bilan+ remplacer par GAP (Antenna-Pulse coupling gain), fonction du pulseutilise et de l’ouverture de l’antenne Rx+ “gain” eventuellement negatif !
2. Path Loss ↔ propagation “pure” :
PL = 4πr2
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Large Echelle
ρ : fraction de l’energie capturee par le recepteur (20% ↔ -7dB)
Propagation en espace non-libre
remplacer n = 2 par n > 2PL = 4πrn
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
Modelisation du canal aux Petites Echelles
Pour UWB
large echelle ↔ d 1mpetite echelle ↔ d < 1m
Modele “classique”
h(t) =
K∑k=0
αkδ(t− τk)
Particularite de UWB :
τk ∝1
W∼ 1ns
+ resolution tres fine+ grand nombre de multi-trajets
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
Ex. de reponse impulsionnelle pourcanal NLOS IEEE802.15.3
Formes d’ondes emise et recu. (a)Tp = 91ns ; (b) Tp = 0.55ns
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
Modele de Saleh-Valenzuela
Modele par clusters : les composantes arrivent par paquets (clusters) aleatoires
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
Reponse impulsionnelle :
h(t) =
L∑l=0
K∑k=0
βk,lδ(t− Tl − τk,l)
I L : nb de trajets par clusters
I K : nb de clusters
I Tl : instant d’arrivee du leme cluster
Modelisation Poissonienne des arrivees des clusters :
f(Tl|Tl−1) = Λe−Λ(Tl−Tl−1)
Λ : taux moyen d’arrivee. Modelisation Poissonienne des arrivees des trajetsdans un cluster :
f(τk,l|τk−1,l) = λe−Λ(τk,l−τk−1,l)
λ : taux moyen d’arrivee.Puissance moyenne : decroissance exponentielle sur les clusters et les trajets
|βk,l|2 = |β0,0|2e−Tl/Γe−τk,l/γ
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
Distribution des amplitudes βk,l
Rayleigh ? pas forcement adapte a UWB car moins de trajets non-resolvables+ loi de Nakagami ou log-Normale
Modelisation log-normale
βk,l = pk,l10(µk,l+Xσ,k,l)/20
avec
I pk,l = ±1 equiprobables (polarite)
I Xσ,k,l ∼ N (0, σ2) (σ en dB)
I
µk,l =20 ln |β0,0| − 10Tl/Γ− 10τk,l/γ
ln 10− σ2 ln 10
20
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
Exemple de parametres de canal Saleh-Valenzuela UWB
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
Modele de Poisson modifie pour canal LOS
observation : pour canaux LOS, premieres composantes beaucoup plusenergetiques que les dernieres
I Premiere composante (LOS) : τ0 = 0, p0 = +1
I Autres composantes fortes
M = nb de composantes dominantes ∼ Unif. Reparti sur2, 3, 4
f(τk|τk−1) = λ1e−λ1(τk−τk−1), 0 < k < M
pk = ±1 avec equiprobabilite, |βk| ∼loi-normale
I Composantes faibles
f(τk|τk−1) = λ2e−λ2(τk−τk−1), k ≥M
1ere composante faible + energie W dB sous l’energie moyenne descomposantes fortespuis decroissance exponentielle
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
Modele Split-Poisson
UWB sur distances tres faible + eventuellement tres peu de clusters+ 2 clusters de parametres (λi, σi, γi)i=1,2 avec second cluster decale etattenue d’un facteur α par rapport au premier.
Illustration du modele Split-PoissonIllustration des deux clusters
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
Modele ∆−KIdee : proba pour qu’un trajet arrive avec un retard τ multipliee par un facteurK si trajet arrive sur les ∆ dernieres secondes.+ favorise la formation de clusters.+ instants d’arrivee ∼ processus de Poisson a 2 etats
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
Loi des amplitudes
Valeurs moyennes + Poewer Delay Profile (decroissance exponentielle)Variations locales : loi Rayleigh/log-Normale/Weibull/NakagamiUWB : moins de trajets non-resolvables + s’additionne moins pour former uneamplitude de Rayleigh.+ lois d’amplitudes plus “piquees”+ fading moins fort
I Rayleigh : pour les derniers trajets (plus nombreux)
I Nakagami
f(x) =2mmx2m−1
Γ(m)Ωme−
mx2Ω , x ≥ 0
m ≥ 1/2 et Ω ≥ 0. m > 1 + loi de Rice avec facteur de Rice
K =
√m2 −m
m−√m2 −m
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
CDF de l’amplitude pour differents delais en exces
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
Energie capturee
I critere important a prendre en compte dans le choix du modele (surtout sirecepteur de type Rake)
I depend du type de canal (LOS/NLOS) et du type d’antenne
Energie capturee en fonction du nbde doigts du Rake pour differentesantennes
Energie capturee mesuree etmodelisee
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
Effet des distorsions frequentielles
UWB : chaque composante multi-trajet subit une distorsion frequentielle (carles effets dus aux obstacles varient sur toute la largeur de bande)
r(t) =
K∑k=0
αks(t− τk) remplace par r(t) =
K∑k=0
αksk(t− τk)
h(t) =K∑k=0
αkδ(t− τk) remplacee par h(t) =
K∑k=0
αkhk(t− τk)
Solutions possibles :
1. chercher a estimer hk(t) + difficulte de connaıtre precisement l’effet desantennes sur la distorsion (decouplage antennes/environnement difficile).
2. distorsion sur chaque trajet ↔ filtre RIF
hk(t) =
Lk∑l=0
γkδ(t− τk,l)
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
Modelisation Spatiale
Attrait de UWB par rapport a NB
pulses tres brefs interagissant peu entre eux, moins de trajets non-resolvables+ diminution du phenomene de fading+ interet de la diversite spatiale ?
Fading spatial
Variation de la puissance du signal sur une petite surface.Energie recue a la position (i, j) d’un lieu l :
εli,j =
∫ T
0
∣∣∣rli,j(t)∣∣∣2 dtFade local (en dB) :
F li,j = 10 log10 εli,j − 10 log10 εref
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
CDF de l’energie recue en 6 lieux, mesuree sur une grille de 49 pts sur1m2
+ energie capturee ∼ constante sur la grille+ tres peu de fading local+ mecanismes de diversite necessaires ?
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
Fading local avec energie partielle
UWB : peu d’energie capturee+ variation de l’energie avec peu de doigts utilises (en particulier, seule lacomposante principale) ?
CDF de l’energie recue avec 1 seuldoigt du Rake
CDF de l’energie recue en fonctiondu nb de doigts du Rake
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
Correlation spatiale
+ pour connaıtre l’interet de technique MIMOa priori : faible fading spatial ↔ correlation forte ?
Signal recu en 3 positions alignes par rapport au Tx - canal LOS
I correlation spatiale forte sur le debut du signal
I correlation spatiale faible sur la fin du signal
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Ultra Wide Band
Modelisation du canal
Modeles Petite Echelle
Correlation entre signaux recus mesuree avec differentes durees
Bilan
I captation que du debut du signal + diversite peu efficace
I captation de la globalite du signal + diversite plus interessante68/ 108
Ultra Wide Band
Recepteurs
Plan du coursIntroduction
DefinitionHistorique et ReglementationsApplicationsSpecificites
Principes de transmissionEmetteurs I-UWB
Forme du pulseModulations TH-UWBModulations DS-UWB
Emetteurs MC-UWBPrincipes generauxOFDM-UWB
Modelisation du canalModeles Large EchelleModeles Petite Echelle
RecepteursProblemes generaux pour recepteurs UWBRecepteurs I-UWBRecepteurs MC-UWB
Coexistence avec d’autres systemesInterferences UWB sur systemes NBInterferences des systemes NB sur UWBInterferences UWB sur UWB
References69/ 108
Ultra Wide Band
Recepteurs
Problemes generaux pour recepteurs UWB
RECEPTEURS UWB
Problemes pour les recepteurs UWB
I resolution ultra-fine + pbs de synchronisation
I energie tres dispersee + besoin d’un gd nb de doigts
ex. 1 systeme indoor, delay-spread= 10ns, W = 7.26GHz+ nb de trajets = bWτsc = 72
ex. 2 systeme indoor, delay-spread= 1µs, W = 7.26GHz+ nb de trajets = bWτsc ≈ 7000!
I estimation du canal (pour recepteur type Rake) car Eb/N0 faible
I distorsion du pulse pour chacun des trajets
I pbs d’implementation (circuits) + methodes analogiques/numeriques outotalement analogiques
I synchronisation : decalages temporels + degradation des perfs pour tousdetecteurs bases sur correlations (en particulier pour modulations PPM)
I interference inter-canaux sur canaux multi-trajets : les sous porteusesrecues ne sont plus orthogonales
I PAPR tres eleve
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Detecteurs a seuil
+ detecteur les plus simples pour I-UWBPrincipe : niveau du pulse recu > seuil + detection
Pb : nombreuses fausses alarmes dues a des pics de bruit ou aux interferences+ adaptation permanente du seuil de detection par mesure en continu duniveau de bruit recu.
Inconvenients :
I ne considere que des pulses isoles + pas d’energie recoltee globalementsur l’ensemble des composantes.
I sensible au bruit et aux interferences.
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Recepteurs optimaux
Modele de canal :
h(t) =K∑k=0
αkδ(t− τk)
Signal recu pour 2-PAM (aj = ±1 ):
r(t) =∑j
K∑k=0
αkajp(t− jTs − τk) + n(t)
Signal recu pour 2-PPM (aj = 0/1 ):
r(t) =∑j
K∑k=0
αkp(t− jTs − ajδ − τk) + n(t)
Hypotheses :
I duree symbole delay-spread + pas d’ISI
I canal parfaitement connu
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Recepteur optimal 2-PAM : detection du jeme bit
aj = sign(zj) avec zj =
∫ (j+1)Ts
jTs
r(t)y(t− jTs)dt
ou
y(t) =K∑k=0
αkp(t− τk)
Probabilite d’erreur :
BER = Q
√√√√√2Ep
N0
1 +
K∑i,j=0/i 6=j
αiαjR(τi − τj)
I Ep energie transmise par pulse (normalise)
I R(τ) fonction d’autocorrelation du pulse
I∑k α
2k = 1
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Recepteur optimal 2-PPM : detection du jeme bit
aj =
(sign(zj) + 1
2
)avec zj =
∫ (j+1)Ts
jTs
r(t)y(t− jTs)dt
ou
y(t) =
K∑k=0
αk (p(t− τk)− p(t− τk − δ))
Probabilite d’erreur :
BER = Q
√√√√ EpN0
K∑i,j=0
αiαj (R(τi − τj)−R(τi − τj − δ))
Limites des recepteurs optimaux
I perfs essentiellement theoriques (trop de connaissances a priori)
I references (bornes inferieures) pour comparer d’autres detecteurs
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Recepteurs RAKE
Recepteur All-Rake
+ utilise tous les trajets+ identique au detecteur par correlateurs (optimal)
Probleme : estimation du canal
I rapport Eb/N0 tres faible (∝ 1/W )
I si canal varie rapidement
I estimation trop couteuse
+ detecteurs Rake non-coherents avec signaux orthogonaux et technique“square-law”
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Recepteurs Selected-Rake
+ selection des D doigts les plus puissants (τdi)i=1,...,D.Pour PAM :
BER = Q
(√2EpN0
∆2
σ2
)avec
∆ =D∑i=1
α2di +
D∑i=1
K∑k=0
αkαdiR(τk − τdi)
σ2 =D∑
i,j=1
αdiαdjR(τdj − τdi)
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Performances du Rake en fonctiondu nb de doigts - estimationparfaite du canal
Performances du Rake en fonctiondu nb de doigts - estimationimparfaite du canal
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Bilan des detecteurs par correlateurs
Avantages :
I optimaux ou quasi-optimaux
I faisables en circuits analogiques ou numeriques
I banc de correlateurs
Inconvenients :
I correlations imparfaites car distorsion du pulse
+ egaliseurs adaptatifs+ faire des FA avec series de forme d’onde, mais
augmentation de la complexite
I pbs de synchronisation entre signal recu et forme d’onde
I SNR diminue si le correlateur ne peut pas capturer toute l’energie
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Recepteur par filtre adapte “simple”
+ correlation avec le pulse lui-meme (sans passage dans le canal)
2-PAM :
aj = sign(zj) avec zj =
∫ (j+1)Ts
jTs
r(t)p(t− jTs)dt
BER = Q
√√√√2Ep
N0
(K∑k=0
αkR(τk)
)2
Problemes :
I τk > Tp ⇒ R(τk) = 0 + energie apportee par le keme trajet perdue
I diminution du BER quand le nb de k|τk > Tp augmente
I + recepteur sous-optimal
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
2-PPM :
aj =
(sign(zj) + 1
2
)avec zj =
∫ (j+1)Ts
jTs
r(t) (p(t− jTs)− p(t− jTs − δ)) dt
BER =1
2
(Q(u0
σ
)+Q
(−u1
σ
))avec :
u0 = EpK∑k=0
αk (R(τk)−R(τk − δ))
u1 = EpK∑k=0
αk (R(τk + δ)−R(τk))
σ = N0Ep (1−R(δ))
Problemes : idem que 2-PAM.
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Recepteurs par correlations et pilotes
+ utilisation de N signaux pilotes ri(t), i = 1, . . . , Navec (PAM)
ri(t) =
K∑k=0
αkp(t− τk) + ni(t)
Moyenne des signaux recus :
y(t) =1
N
N∑i=1
ri(t) = y(t) + n(t)
Detection du jeme bit (2-PAM)
aj = sign(zj) avec zj =
∫ (j+1)Ts
jTs
r(t)y(t− jTs)dt
+ meme approche possible pour autres modulations.
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Performances pour 2-PAM enfonction du nb de pilotes
Performances pour autresmodulations
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Recepteurs RAKE avec pilotes
Hypotheses :
I coefficients du canal inconnus
I delais τdi des D trajets les plus forts connus
Estimation du coefficients αdi a l’aide de N signaux pilotes :
αdi = αdi +∑j 6=di
R(τdi − τj) + ndi , αdi + ndi
+ utilisation de αdi a la place de αdi dans le detecteur Selected-Rake.+ degradation des performances
- faible si grand nb de pilotes
- forte si peu de pilotes
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Performances du Rake avec 25doigts et 50 pilotes
Performances du Rake avec 50doigts et 250 pilotes
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Recepteur pour systeme Transmitted Reference
Principe : transmission d’une paire de signaux, l’un non-module, l’autre module+ le premier sert a demodule le second.Avantages :
I pas d’estimation de canal
I captation de la totalite de l’energie
I plus robustes aux problemes de synchronisation
Inconvenients :
I canal variant dans le temps
I utilisation d’un signal bruite comme forme d’onde pour la demodulation
Ex. : modulation 2-PPM (Np/2 pulses modules/non-modules par bit)
sj(t) =
Np/2−1∑i=0
√Ep (p(t− 2iTf) + p(t− (2i+ 1)Tf − εj,iδ)) , j = 0, 1
bit 0 sj(t) = s0(t) avec ε0,i = i [2]bit 1 sj(t) = s1(t) avec ε1,i = 1− ε0,i
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Signal recu apres canal et filtrage passe-bande en reception :
r(t) =
Np/2−1∑i=0
√Ep (g(t− 2iTf) + g(t− (2i+ 1)Tf − εj,iδ)) + n(t)
Moyenne des signaux (non-modules) sur les intervalles [2iTf; (2i+ 1)Tf] :
g(t) =√Epg(t) +
Np/2−1∑i=0
n(t− 2iTf)
Puis correlation avec g(t) :
zj,i =
∫ Td
0
r(t+ (2i+ 1)Tf + εj,iδ)g(t)dt
avec 0 ≤ Td ≤ τmax + Tp (Td + energie et bruit ).Decision :
Z =
Np/2−1∑i=0
(z0,i − z1,i) ≷ 0
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Comparaison recepteurs TR et RAKE
Performances du recepteur TR enfonction de Td.
Performances du Rake en fonctiondu nb de doigts.
+ performances de TR limitees par termes de bruit (en particulier termebruit-sur-bruit dans g(t)n(t)).
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs I-UWB
Synchronisation
Effet cumulatif d’erreur de synchronisation.
I peu de travaux publies (solutions proprietaires)
I une solution : transmission d’un long flot de pulses regulierement espacesjusqu’a synchronisation.
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs MC-UWB
Recepteurs MC-UWB
Modele de canal :
h(t) =
K∑k=0
αkδ(t− τk)
Forme generale du signal recu :
s(t) = β∑j
N−1∑n=0
L−1∑l=0
bjnαlp(t− jTp − τl)e2iπnfp(t−jTp−τl)
avec :
I β fixe la valeur de la puissance emise
I bjn symbole transmis sur la neme sous-porteuse durant le jeme intervalle
I fp = 1/Tp
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Ultra Wide Band
Recepteurs
Recepteurs MC-UWB
Detection du symbole sur la meme sous-porteuse
+ filtre adapte a p(t)e2iπmfpt.Pour le symbole j = 0 :
rm(t) =
∫r(u)p∗(t− u)e−2iπmfp(t−u)du
Puis echantillonnage aux instants ti :
rm(ti) = b0m
(β
L−1∑l=0
αle2iπmfp(ti−τl)X(ti − τl, 0)
)
+∑n 6=m
b0n
(β
L−1∑l=0
αle2iπnfp(ti−τl)X(ti − τl, (m− n)fp)
)+ wm(ti)
Objectif : separer les contributions de chaque sous-porteuse et les combiner defacon optimale pour la detection.Recepteur optimal : Multi-Channel Maximum Likelihood (MCML) detector+ maximisation de la vraisemblance sur l’ensemble des sous-canaux + tresgrande complexite, et besoin de l’estimation parfaite du canal + irrealisable enpratique + recepteurs sous-optimaux
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Ultra Wide Band
Coexistence avec d’autres systemes
Plan du coursIntroduction
DefinitionHistorique et ReglementationsApplicationsSpecificites
Principes de transmissionEmetteurs I-UWB
Forme du pulseModulations TH-UWBModulations DS-UWB
Emetteurs MC-UWBPrincipes generauxOFDM-UWB
Modelisation du canalModeles Large EchelleModeles Petite Echelle
RecepteursProblemes generaux pour recepteurs UWBRecepteurs I-UWBRecepteurs MC-UWB
Coexistence avec d’autres systemesInterferences UWB sur systemes NBInterferences des systemes NB sur UWBInterferences UWB sur UWB
References91/ 108
Ultra Wide Band
Coexistence avec d’autres systemes
Interferences UWB sur systemes NB
Coexistence de UWB sur systemes Narrow-Band
Introduction
Masque de puissance + interferences de UWB avec autres systemes NB etUWB avec ou sans license.
Systemes critiques : GPS, navigation, systemes cellulaires
Mesures + GPS et systemes radar eventuellement perturbes par systemesUWB si Pulse Repetition Frequency (PRF) elevee
Parametres importants pour mesurer le niveau d’interferences :
I PRF
I duty cycle
I formes d’onde
I nb et distributions des interfereurs
I puissances des interfereurs
I modulations
92/ 108
Ultra Wide Band
Coexistence avec d’autres systemes
Interferences UWB sur systemes NB
Interferences de UWB sur NB
Forme generale :r(t) = snb(t) + iuwb(t) + n(t)
I snb(t) : signal NB
I iuwb(t) : interferences UWB
I n(t) : bruit
Spectre de UWB ∼ plat sur la bande NB+ interferences UWB vues en premiere approximation comme uneaugmentation du niveau de bruit de PrBNB/BUWB.
ex. 1 : BNB = 20MHz, BUWB = 500MHz + BNB/BUWB = 0.04ex. 2 : BNB = 200kHz, BUWB = 500MHz + BNB/BUWB = 0.0004
93/ 108
Ultra Wide Band
Coexistence avec d’autres systemes
Interferences UWB sur systemes NB
Influence sur les performances
snb(t) : signal BPSK
BER =1
2Q
(√2EbN0
(1 + δ)
)+
1
2Q
(√2EbN0
(1− δ)
)avec
δ =
√EpEbP (fc)s(ε)
fc : frequence porteuse du systeme NB, ε : offset
BER d’une modulation BPSK avec interference UWB
94/ 108
Ultra Wide Band
Coexistence avec d’autres systemes
Interferences UWB sur systemes NB
Augmentation du SNR pour maintenir le BER (δ ≈ 5.8 10−3 EpEb )
+ augmentation du SNR de 3dB ⇒ EpEb≈ 3300
Interpretation : forte perte d’energie du signal UWB par filtrage de reception(SRRCF)
95/ 108
Ultra Wide Band
Coexistence avec d’autres systemes
Interferences UWB sur systemes NB
BER en presence de 1 et de 10 interfereurs
+ degradation des performances seulement si pulses de tres forte energie
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Ultra Wide Band
Coexistence avec d’autres systemes
Interferences UWB sur systemes NB
Modelisation de la puissance d’interference
Puissance recue
I emetteurs UWB uniformement repartis autour du recepteur, entre Rmin etRmax.
I ρ : densite moyenne des emetteurs
I modele de Path Loss
PR = P0
(d0
d
)βPuissance moyenne recue :
limRmax→+∞
E[PR] = P0
(d0
Rmin
)β︸ ︷︷ ︸
puissance recue d’un emetteura la distance Rmin
2πR2minρ
β − 2︸ ︷︷ ︸aggregation de tous les emetteurs
= P02πR2
minρ
β − 2︸ ︷︷ ︸P0
(d0
Rmin
)β97/ 108
Ultra Wide Band
Coexistence avec d’autres systemes
Interferences UWB sur systemes NB
BER en fonction de la densite d’interfereurs
ρ = 10−k, k = 1, . . . , 6 (k = 6 + 1 interfereur par km2)
I densite faible + peu de degradation
I Rmin augmente + reduction des interferences
98/ 108
Ultra Wide Band
Coexistence avec d’autres systemes
Interferences des systemes NB sur UWB
Interferences de NB sur UWB
1 signal UWB + interferences dues a de nombreux systemes NB.Forme generale :
r(t) = suwb(t) + iNB(t) + n(t)
I suwb(t) : signal NB
I inb(t) : interferences UWB
I n(t) : bruit
Ex. : modulation TH-PAM avec Np pulses par bit
BER = Q
(√NpSNRp
1 +∑l SNRl|P (fl)|2
)
I SNRp : SNR par pulse
I SNRl : SNR pour chaque interfereur
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Ultra Wide Band
Coexistence avec d’autres systemes
Interferences des systemes NB sur UWB
BER pour differentes valeurs de Np
I rapport interference-a-bruit global constant (10dB)
I ecart de 1dB par rapport aux perfs sans interference
I bonne resistance aux interferences
100/ 108
Ultra Wide Band
Coexistence avec d’autres systemes
Interferences des systemes NB sur UWB
Performances pour TH-UWB et DS-UWB differentes valeurs de Np
( : 1 / + : 2 / : 4 / pentagramme : 8 / hexagramme : 16)trait plein : TH-UWB / tirets : DS-UWB
interfereur : 2 sinusoıdes pures en 400mHz et 600MHz
101/ 108
Ultra Wide Band
Coexistence avec d’autres systemes
Interferences des systemes NB sur UWB
I DS-UWB tres proche de l’optimal pour Np suffisamment grand
I TH-UWB moins robustes aux interferences
Interpretation :
I pour TH-UWB, changement de la phase de l’interfereur NB a chaque pulse+ etalement de la bande de l’interfereur + impact sur UWB
I pour DS-UWB, changement de la phase de l’interfereur NB a chaque bitseulement + pas d’etalement
102/ 108
Ultra Wide Band
Coexistence avec d’autres systemes
Interferences des systemes NB sur UWB
Performances pour TH-UWB et DS-UWB differentes valeurs de Np
( : 1 / + : 2 / : 4 / pentagramme : 8 / hexagramme : 16)trait plein : TH-UWB / tirets : DS-UWB
interfereur : signal BPSK a 50kbps103/ 108
Ultra Wide Band
Coexistence avec d’autres systemes
Interferences des systemes NB sur UWB
Hypothese : bit BPSK (Tb = 20µs) constant sur chaque pulse de TH-UWB etchaque bit pour DS-UWB (Ts = 5.4µs).
I performances de DS-UWB et TH-UWB tres proches
I performances quand Np
Interpretation :
I pour TH-UWB, idem que pour interfereur sinusoıdal
I pour DS-UWB, chute des performances
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Ultra Wide Band
Coexistence avec d’autres systemes
Interferences UWB sur UWB
Interferences de UWB sur UWB
Coexistence de plusieurs systemes UWB + interferences multi-acces entresiganux UWB.
I reduction possible de la MAI par time-hopping et codes d’etalement
I utilisateurs quasi-orhtogonaux si duty cycle (Tp/Tf) faible ou si nbd’utilisateurs actifs faibles (Nu Np)
Pour transmission TH-UWB :
code d’etalement (ai)i=0,...,NpNc−1 ∈ −1, 0,+1, en moyenne αNpNc bits
non-nuls par symbole :
p(a) = (1− 2α)δ(a) + αδ(a− 1) + αδ(a+ 1)
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Ultra Wide Band
Coexistence avec d’autres systemes
Interferences UWB sur UWB
BER <1
2exp
(−NpE0
2I0
)avec
I I0 = σ2n + 2α
∑Nu−1k=1 E0
I Ek : energie par pulse de l’utilisateur k
I σ2n : variance du bruit AWGN
BER (bornes et simulations) pour differentes valeurs de α
Interpretation : diminution de α + diminution de la MAI.106/ 108
Ultra Wide Band
References
Plan du coursIntroduction
DefinitionHistorique et ReglementationsApplicationsSpecificites
Principes de transmissionEmetteurs I-UWB
Forme du pulseModulations TH-UWBModulations DS-UWB
Emetteurs MC-UWBPrincipes generauxOFDM-UWB
Modelisation du canalModeles Large EchelleModeles Petite Echelle
RecepteursProblemes generaux pour recepteurs UWBRecepteurs I-UWBRecepteurs MC-UWB
Coexistence avec d’autres systemesInterferences UWB sur systemes NBInterferences des systemes NB sur UWBInterferences UWB sur UWB
References107/ 108
Ultra Wide Band
References
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I http://www.multibandofdm.org
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