Projet de Fin d’ Etudes

Conception et mise en place d'une plateforme de démonstration de

transmission MIMO avec couplage simulation-mesure.

Mots clés: SISO, MIMO, ADS, Agilent, Plateforme, Modulation, QAM, WLAN.

Effectué au Laboratoire « Centre d’Innovation en Télécommunication & Integration de services » (CITI), de L’INSA de

Lyon, France

par

Jorge Federico Aguirre

Encadrant : Matthieu Gautier et Guillaume Villemaud .

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Résumé

L'usage de plusieurs antennes à l’émission et à la réception dans les systèmes de radiocommunications est l'une des progressions les plus importantes développées dans ces dernière temps. Elles permettent de réduire la probabilité d'erreur et d'augmenter le débit de transmission sans augmenter la puissance transmise ni la largeur de bande utilisée. Cependant la majorité des études réalisées sont trop théoriques, et actuellement il y a peu de plateformes de test pour vérifier la viabilité de ces techniques dans des conditions de transmission réelles et obtenir une évaluation plus réaliste des performances du système. Realisé au Laboratoire CITI (Centre d’Innovation en Télécommunication & Integration de services) de l’INSA de Lyon, ce travail a pour objectif mettre en oeuvre une plateforme expérimentale MIMO, d’une haute flexibilité, en utilisant les générateurs Agilent que le CITI possèdent. Mon travail s’est organisé en trois axes majeurs :

• Dans un premier temps j'ai dû étudier les differents types de modulations (I/Q, M-QAM, OFDM), ainsi que les structures de trames utilisées. Au même temps j'ai dû prendre en main les équipements utilisés (des générateurs Agilent, VSA ...) ainsi que les outils de développement (ADS et Matlab).

• Dans un second temps, j'ai defini une structure de transmission radio MIMO

2x2 entièrement simulée sous ADS.

• Finalement, j´ai mise en place la plateforme-hardware. Pour pouvoir coupler les émetteurs, la majeur partie de mon travail a étè la mise en oeuvre de la synchronisation frequentiel et temporel des signaux issus le deux generateurs Agilent, afin de vérifier la viabilité des techniques MIMO.

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Remerciements

Je tiens tout d’abord à remercier Monsieur Guillaume Villemaud professeur à l’INSA de Lyon, mon tuteur de stage, pour m’avoir bien accueilli au sein de laboratoire CITI.

Je tiens aussi à remercier tous les membres du laboratoire et spécialement Matthieu Gautier post-doctorant au CITI pour son aide précieuse, sa disponibilité et sa collaboration. Je le remercie également pour les précieux conseils qu’il m’a prodigués tout au long de la période du stage, conseils qui m’ont permis d’approfondir mes connaissances techniques et de maîtriser les bonnes pratiques du développement.

Je tiens également à remercier Pierre François Morlat, thèsard, pour son assistance, son soutien et ses précieux conseils durant tout mon travail.

Enfin, remercier à l’ ingenieur Oscar García, professeur à l’UNRC-Argentine

pour son soutien et effort, à mon Père par son exemple et courage, ma Mère qui m’a soutenu fervemment durant ce projet, ma soeur pour être la personne qui pousse mes buts, Mercedes pour son amour et sa compréhension, ainsi qu’à tous ceux qui m’aident et m’inspirent au quotidien par de petits riens qui font un grand tout.

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Sommaire Résumé........ ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 2 Remerciements......... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 3 Sommaire...... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 4 Table des Figures..... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 6 Acronymes .... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 7 Introduction.... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 8 1. Concepts Basiques........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 10 1.1 L’émmeteur radio-fréquence...... ........... ........... ........... ........... ........... 10 1.2 Téchniques de Modulation Numeriques........... ........... ........... ........... 11 1.2.1 16-QAM : Quadrature Amplitud Modulation... ........... ........... ........... 11 1.2.2 Chaîne 16-QAM........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 12 1.2.3 OFDM : Orthogonaly Frequency Division Multiplexing.......... ........... 15 1.2.4 Chaîne OFDM.. ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 18 1.3 Mimo........ ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 21 1.3.1 Spatial Diversity Multiplexing... ........... ........... ........... ........... ........... 21 1.3.2 Spatial Time Bloc Code........... ........... ........... ........... ........... ........... 22 1.4 Conclusion.......... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 22 2. Chaîne de transmission radio WLAN MIMO 2x2 simulée sous ADS..... ........... 23 2.1 IEEE 802.11: 802.11a/b/g/n....... ........... ........... ........... ........... ........... 23 2.2 Trame WLAN ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 24 2.3 Chaîne WLAN MIMO 2x2 simulée......... ........... ........... ........... ........... 25 2.4 Modélisation du Canal ........... ........... ........... ........... ........... ........... 26 2.5 Bit Error Rate et Packet Error Rate sous un canal MIMO-AWGN........29 2.6 Conclusion.......... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 31 3. Plataforme hardware MIMO 2x2.. ........... ........... ........... ........... ........... ........... 32 3.1 Introducción……. ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 32 3.2 Description de la Plateforme...... ........... ........... ........... ........... ........... 32 3.2.1 Sistème Emetteur........ ........... ........... ........... ........... ........... ........... 33 3.2.2 Sistème Récepteur......................................... ........... ........... ........... 34 3.3 Syncronisation..... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 34 3.3.1 Plataforme ESG E4432B – E4438C... ........... ........... ........... ........... 34 3.3.2 Plataforme avec 2 générateurs ESG E4438C ........... ........... ........... 36 3.4 Couplage Software/Hardware (ADS/Agilent)..... ........... ........... ........... 38 3.4.1 Émetteur........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 38 3.4.2 Récepteur......... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 40 3.4.3 Étude de performances BER... ........... ........... ........... ........... ........... 42 3.5 Conclusion.......... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 42

5

4. Conclusions et Perspectives........ ........... ........... ........... ........... ........... ........... 44 4.1 Conclusions....... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ................ 4.2 Perspectives...... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ................ 5. Anexes....... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 45 5.1 Simulations.......... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 45 5.2 Agilent IO Suite et SCPI ........... ........... ........... ........... ........... ........... 46 6. Bibliographie ........ ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... 47

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Table des Figures

Intro.1 Couplage hardware/software - Agilent/ADS 9 1.1 Emetteur radio-frequence 10 1.2 Modulateur IQ 11 1.3 Constellation 16 QAM 12 1.4 Chaîne de transmission (Mod-Dem 16QAM) 13 1.5.a Bits émise 14 1.5.b Bits reçus 14 1.5.c Bit Error Rate 14 1.6 AWGN 14 1.7 Constellation QAM16 reçu dans le demodulateur (avec AWGN). 15 1.8 Bit Error Rate avec AWGN 15 1.9 Systèmes OFDM 16 1.10 Intervalle de garde pour éviter les problèmes d’ ISI 17 1.11 Chaîne OFDM 18 1.12.a Partie réelle du Symbole transmis (1+j) dans1º et 4º sous-porteuse 19 1.12.b Partie réelle du Symbole récupéré dans Rx 19 1.13 Inter-Carrier-Interference 19 1.14.a Partie réelle du Symbole transmis (1+j) dans 3º sous-porteuss 20 1.14.b Partie réelle du Symbole transmis aprés la transformation IFFT 20 (il y a 3 cycles exacts dans la sous-porteuse) 1.15 Partie réelle du Symbole transmis après la démodulation IQ 20 (on remarque qu’il y a plus de 3 cycles dans la sous-porteuse) 1.16 Partie réelle du Symbole récupéré dans Rx avec ICI 20 1.17 Spatial Diversity Multiplexing 21 1.18 Spatial Time Bloc Code 22 2.1 Champs d’une trame 802.11g 24 2.1.a Emetteur.Chaîne MIMO 25 2.1.b Démodulateur de la chaîne MIMO utilisé 26 2.2 Canal type A 28 2.3 Canal MIMO utilisé pour évaluer l’effet des coefficients 29 2.4 Rapport Spectral du signal après le canal MIMO 29 2.5 Signal avec bruit du type AWGN 30 2.6 Variation du BER par rapport au EbNo 31 3.1 Couplage et Synchronisation des équipes Agilents 32 3.1.a Modulation en Bande Base 34 3.2 Configuration de la plateforme 3.3.1 35 3.3 Retard observé grâce au VSA 36 3.4 Configuration de la plateforme 3.3.2 37 3.5.a Première partie de l’émetteur développé sous ADS 38 3.5.b Deuxième partie de l’émetteur développé sous ADS 38 3.6.a Trames WLAN désynchronisées 39 3.6.b Trames WLAN synchronisées 39 3.7 Démodulateur 41 3.8 Démodulation avec le VSA 42 3.9 BER dans le Master et le Slave par rapport á la puissance de 43 Transmission. 5.1 Agilent connection Expert 46 5.2 Commandes SCPI 46

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Acronymes ADS Advanced Design System AWGN Additive White Gaussian Noise BER Bit Error Rate BPSK Binary Phase Shift Keying CAN Convertisseur Analogique Numérique CNA Convertisseur Numérique Analogique CCK Complementary Code Keying ISI Inter Symbol Interference ICI Inter Carrier Interference IEEE Institure of Electrical and Electronics Engineers ISM Industrial, Scientific and Medical band LOS Line of Sight M-QAM M-ary Quadrature Shift Keying MIMO Multiple Input Multiple Output NLOS Non Light Of Sight OFDM Orthogonal Frequency Divison Multiplexing PLCP Physical Layer Convergence Protocol PSDU Presentation Layer Service Data Unit RF Radio-Frequency RX Récepteur SDM Spatial Diversity Multiplexing STBC Space Time Bloc Code TX Emetteur VSA Vector Signal Analyzer WLAN Wireless Local Area Network

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Introduction Contexte de l’étude

L'obtention de débits de transmission de plus en plus important est un

challenge toujours présent dans les communications sans fils. En théorie de l'information, des études récentes ont démontré que l'utilisation de plusieurs antennes à l'émission et à la réception permet d'obtenir une efficacité spectrale supérieure à celle des systèmes traditionnels avec une seule antenne. Les systèmes à plusieurs antennes sont appelés systèmes MIMO (Multiple-Input Multiple-Output).

Les techniques MIMO se sont révélée comme une technologie clef pour les prochaines générations de systèmes de communications sans fils. Elles permettent à augmenter l'efficacité spectrale sans augmenter la puissance transmise où la largeur de bande des interfaces radio.

De nombreux projets de recherches portent actuellement sur les techniques MIMO, notamment dans le cadre des nouvelles normes de réseaux sans fil type 802.11n ou WiMax. Néanmoins, ces travaux sont généralement très théoriques (développement d'algorithmes) et peu de plateformes de tests existent. En effet, il est nécessaire de développer et de mettre en œuvre des plateformes Hardware, afin de vérifier la viabilité de ces techniques dans des conditions de transmission réelles et d'obtenir une évaluation plus réaliste des performances du système.

Objectif de l'étude

Le laboratoire CITI possède une plateforme de tests radio Agilent couplée au logiciel de simulation ADS (Advanced Design Simulation - Agilent Technologies). Ce matériel doit permettre de réaliser une plateforme de communication avec deux émetteurs et deux récepteurs. Ainsi, une communication MIMO 2x2 peut parfaitement être mise en œuvre. L’objectif de ces travaux est donc de mettre en place cette plateforme hardware MIMO 2x2. Afin de valider la réalisation de la plateforme, une chaîne de transmission MIMO 2x2 équivalente doit être réalisée sous le logiciel de simulation ADS. La figure « Intro.1 » présente le lien entre la simulation logiciel et la plateforme radio multi-antennes utilisée. Un aspect important à la réalisation de cette plateforme est la synchronisation. On aura deux types de synchronisation dans notre plateforme. La premiere synchronisation frequentielle pour que les 2 générateurs aient le même oscillateur pour la transposition en fréquence. Le second type de synchronisation est la synchronisation temporelle qui garantit que les deux émetteurs transmettent les signaux au même temps. Plan des travaux Le premier chapitre introduit les concepts de base nécessaires au développement de mes travaux. On commence par faire un rappel des techniques de modulation analogiques (partie RF) et numériques (pour le codage de l’information et la construction des trames). Dans cette partie, nous commençons à justifier l'importance d'une bonne synchronisation fréquentiel dans la transmission d’un point de vu des problèmes de perte d'orthogonalité entre les signaux. Enfin, nous présenterons certaines des techniques de codage MIMO.

9

Fig. Intro.1- Couplage hardware/software - Agilent/ADS. Le chapitre suivant présente les différents standards de communication proposés par l’IEEE 802.11. En particulier, nous analysons la structure d'une trame WLAN 802.11g, car c'est le standard utilisé au cours des simulations et pour la mise en place de la plateforme. Après cette étude, on propose une chaîne de transmission MIMO entièrement simulée sous ADS. Afin de donner une approche plus réaliste, nous avons inclus dans cette chaîne un modèle d’un canal MIMO. Ainsi, une section entière est dédiée à introduire les différents canaux. Dans la simulation, il faut remarquer que le logiciel réalise par construction une synchronisation temporel et fréquentiel parfaite. Finalement, dans la troisième partie, on présente la plateforme hardware MIMO. On commence pour faire une description générale, puis on détaille précisément les émetteurs (générateurs Agilent) et les récepteurs (VSA). Mais le point le plus important du travail se trouve dans la section 3.5 car on parle de la synchronisation fréquentielle et temporelle dans la transmission. Pour répondre à ces contraintes, on a dû proposer différents types de configuration pour faire la synchronisation. En effet, le laboratoire dispose de trois générateurs Agilent, deux E4438C et un E4432B, donc dans un premier temps notre étude est faite en utilisant le E4432B et le E4438C, puis dans deuxième temps les deux E4438C. Et pour finir ce chapitre, on présente la chaîne de transmission en utilisant un couplage hardware-software avec les équipements Agilent et le logiciel ADS. Enfin, une conclusion générale résume les différentes contributions de ce travail sur la conception et mise en place de la plateforme MIMO.

1. Concepts basiques

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Nous présentons une série de concepts basiques nécessaires à la compréhension du travail réalisé. Il faut expliquer au lecteur que nous ne prétendons pas faire un développement minutieux des sujets, puisqu'ils ne constituent pas l'axe du projet. Le lecteur pourra approfondir ses connaissances en réalisant une recherche personnelle dans les textes cités dans la partie Bibliographie.

1.1 L'émetteur radio-fréquence

Nous faisons une introduction à la partie analogique de l'émetteur et à la modulation IQ qui est utilisée dans les simulations et expériences sous ADS. Une technique de modulation qui se prête bien aux processus numériques est appelée "Modulation IQ", où "I" est le composant "en-phase" (ou réelle) de la signal et "Q" représente le composant "en quadrature" (ou imaginaire). Dans la Fig. 1.1 on montre le diagramme de bloc d’un émetteur qui utilise un modulateur IQ [1]. Le signal passe d'abord par un convertisseur A/N, puis on fait le codage (QAM, PSK,...), puis le signal traverse un filtre de mise en forme, convertisseur N/A (Figure 1.2), et finalement le signal est envoyé vers les mixer IF et RF où on obtient les équations suivantes :

Equation 1 et 2

Fig. 1.1- Emetteur radio-frequence où I= a(t) et Q= b(t) selon les Equations 1 et 2

Alors le signal modulé est égal à Ainsi a(t) est la composante en phase et b(t) la composante en quadrature.

11

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4-5 5

Index (0.000 to 25000.000)

cons

tela

cion

1

Fig. 1.2- Modulateur IQ

1.2 Techniques de Modulations Numériques

Maintenant nous faisons une introduction des différents techniques de codages qui sont utilisée dans les simulations et expériences sous ADS.

1.2.1 16-QAM : Quadrature Amplitud Modulation à 16 états [2]

C'est une technique qui emploie une combinaison de modulation de phase et

d'amplitude, elle est largement employée par les modems pour leur permettre d'offrir des débits binaires élevés. C'est une méthode de modulation d'amplitude de deux porteuses en quadrature (4 niveaux d'amplitude). A la base, une astuce d'électronicien, d'utiliser non pas une, mais deux porteuses rigoureusement de même fréquence. Elles sont déphasées de 90° et lorsque l'on additionne deux porteuses de fréquence f0 en quadrature, on obtient une seule porteuse, toujours de fréquence f0, ou l'on reconstitue les deux porteuses initiales à partir de la résultante. L'intérêt de la méthode est que la porteuse résultante n'a pas changée de fréquence, mais comme les deux "sous-porteuses" en quadrature vont être modulées indépendamment l'une de l'autre, on peut transporter deux fois plus d'informations par cellule.

ÉMETTEUR QAM BASIQUE Les symboles à transmettre sont des nombres complexes que nous notons : L'alphabet est formé par l'ensemble de nombres complexes que nous pouvons transmettre. Cet alphabet peut se représenter dans le plan complexe (Re, Im). Voir constellation Figure 1.3

12

Figure 1.3- Constellation 16 QAM

RÉCEPTEUR QAM

Le récepteur QAM est considérablement plus complexe que l'émetteur, étant donné que le signal reçu se trouve déformé par le canal. Donc il se compose d'une étape de filtrage et d’égalisation préalable (pour limiter le bruit et les problèmes d'ISI), suivi d'une étape de récupération de porteuses. Le signal peut ensuite être décodé.

1.2.2 Chaîne 16-QAM

Avant d’aborder notre sujet principal, nous développons et analysons des schémas de modulation SISO simulés dans l’environnement ADS pour renforcer les concepts expliqués antérieurement.

Nous commencerons par créer une chaîne de transmission QAM de 16 états (modulateur - démodulateur) sans bruit sur le canal, puis nous analyserons la configuration des blocs, la constellation 16QAM (à une fréquence de 2,4GHz), et nous observerons le Bit Error Rate de la transmission. ::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

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Fig. 1.4- Chaîne de transmission (Mod-Dem 16QAM)

Dans le Fig 1.4 : La source binaire utilisée génère des bits aléatoires (0 et 1) en dépendant de la probabilité de 0 que nous configurons au préalable. Dans notre étude la source est paramétrée avec une probabilité de 30%. Les bits sont codés dans le bloc Q14 (QAM16). C’est dans cette étape que les bits sont transformés en symboles complexes. Après ils sont transformés de complexe en une variable temporelle IQ (il est très important pour cela de configurer le Time Step de la simulation) pour être modulé dans le modulateur QAM qui a été expliqué auparavant. Quelques paramètres importants du modulateur sont Fcarrier (fréquence de porteuse- 2,4 GHz pour notre exemple), Power (puissance), Vref (voltage de référence à la sortie, il a une relation très important avec la sensibilité du démodulateur pour éviter la distorsion).

Pour l'étape de démodulation, nous détaillons seulement quelques paramètres du bloc DEM-QAM: RefFreq qui est la fréquence porteuse de référence du modulateur, dans notre cas 2,4 GHz et la Sensibilité qui règle le rapport entre le voltage d'entrée et celui-là de sortie. Quelques valeurs importantes à régler pour le modulateur et le démodulateur sont :

MOD. DEM.

Power : 0.01 ; 0.1 W Sensitivity : 0.5 ; 0.25 Vref : 1 V

14

2 4 6 80 10

0.2

0.4

0.6

0.8

0.0

1.0

Index

Ent

rada

2 4 6 80 10

0.2

0.4

0.6

0.8

0.0

1.0

Index

SA

LID

A1

-8.0

E-3

01

-6.0

E-3

01

-4.0

E-3

01

-2.0

E-3

01

0.0

2.0

E-3

01

4.0

E-3

01

6.0

E-3

01

8.0

E-3

01

-1.0

E-3

00

1.0

E-3

00

-5.0E-301

0.0

5.0E-301

-1.0E-300

1.0E-300

Index

BE

R

Dans les Figures 1.5.a et 1.5.b on voi les bits emise et reçus par notre chaîne de transmmision. La Figure 1.5.c montre le Bit Error Rate de la communication.

Fig 1.5.a- Bits emise Fig 1.5.b- Bits reçus Fig 1.5.c- Bit Error Rate On peut voir que le BER vaut zéro, et c’est le resultat attendu, puisque la transmission est effectuée sans interférence.

Pour finir avec l'analyse de la chaîne QAM nous analyserons l'effet de bruit blanc gaussien (AWGN). Nous ferons cela en utilisant un bloc d'ADS appelé AddNDensity entre le émetteur et le récepteur.

Fig.1.6-AWGN

Entrée

Sortie

15

-8.0E

-301

-6.0E

-301

-4.0E

-301

-2.0E

-301

0.0

2.0E-3

01

4.0E-3

01

6.0E-3

01

8.0E-3

01

-1.0E

-300

1.0E-3

00

0.0042118

0.0042118

0.0042118

0.0042118

0.0042118

Index

BE

R

Si nous faisons varier le paramètre NDensity (par example de -173 á -70 dbm/Hz), nous pourrons remarquer que les points dans la constellation ne sont pas plus fixes dans une coordonnée spécifique mais dans un intervalle (Voir Figure 1.7). Cela arrive car le bruit ajouté déforme le signal. Aussi on remarquera que le BER ne sera pas 0 comme dans le premier cas, mais de 4x10-3 (Voir Figure 1.8).

Fig. 1.7- Constellation QAM16 reçu dans le demodulateur.

Fig. 1.8- Bit Error Rate avec AWGN

1.2.3 OFDM

Le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ou OFDM) est une technique de modulation multi-porteuses à base de transformée de Fourier rapide. Afin d’effectuer cette transmission, au lieu de transmettre les données en série comme le font les systèmes mono-porteuses, les schémas OFDM transmettent les données par bloc en introduisant aux informations utiles de la redondance [3]. La modulation d’un bloc de symboles (ce bloc constituant un symbole OFDM) est réalisée par une Transformée de Fourrier Inverse (IFFT).

16

Fig. 1.9- Systèmes OFDM

Les systèmes OFDM subdivisent le canal en N sous canaux (appelés également porteuses) dont les fréquences centrales sont espacées d’un multiple de l’inverse de la période symbole (1/T). Expression mathématique de la modulation OFDM :

eq (1-OFDM)

Pour comprendre mieux le principe de l’OFDM, on va définir le concept de « bande de cohérence Bc » comme la bande de fréquence sur laquelle on peut considérer la fonction de transfert du canal comme constante. Elle est généralement caractérisée par les points à -3 dB.

Donc, le principe de l’OFDM est d’utiliser une bande passante plus grande que la bande de cohérence (Bc=1/Tm où Tm est appelé « delay spread » est ce le plus grand des retards qui apparaissent dans le canal). Mais chaque porteuse n’utilise qu’une partie de cette bande plus petite que 1/Tm. Donc pour certaines fréquences, les données seront très atténuées et perdues dans le bruit. Pour diminuer le nombre de erreurs et éviter la perte de symboles (c’est a dire pour donner de robustesse), on utilise du codage de canal plus un entrelacement des symboles [4]. Problème des interférences entre symboles : interva lle de garde [2] Les symboles subissent des échos et un symbole émis parvient au récepteur sous forme de plusieurs symboles atténués et retardés. Un symbole émis lors d’une période iTs peut se superposer à un écho provenant du symbole émis à la période

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(i-1)Ts. Il se produit alors des interférences. Pour éviter ces interférences, on ajoute un intervalle de garde d’une durée ∆. Chaque symbole est précédé par une extension périodique du signal lui-même. La durée du symbole totale transmis est alors T=Ts+∆. Pour que les interférences soient éliminées, il faut que l’intervalle de garde soit plus grand que le plus grand des retards Tm.

Fig. 1.10- Intervalle de garde pour éviter les problèmes d’ ISI Le débit qui était qN/TS bits/s (où « q » représente la quantité de bit que chaque donnée sk transporte) diminue et devient qN/(TS+∆). L’intérêt de la technique OFDM est que la durée d’un symbole OFDM contenant N symboles numériques peut être grande. Si le nombre de porteuses est assez grand pour permettre une durée du symbole Ts assez longue devant l’intervalle de garde ∆, le débit n'est que peu réduit. Démodulation OFDM On voit que dans «eq1-OFDM» que si on fait le échantillonnage de xa(t), xa(nTs/N), on aura la Transformée de Fourier discrète inverse de sk, la démodulation consiste donc à effectuer une Transformée de Fourier discrète directe. L’intérêt de cette discrétisation est qu’on peut réaliser ces transformées de Fourier à l’aide d’algorithmes rapides de FFT (direct) et IFFT (inverse).

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1.2.4 Chaîne OFDM Pour terminer ce premier chapitre nous analysons une chaîne de transmission

OFDM dans laquelle nous transmettrons un symbole sur 2 porteuses. Nous verrons aussi l'effet d’interférences entre porteuses (ICI Inter-Carrier-Interference) quand le démodulateur n'est pas cohérent avec la fréquence du modulateur. OFDM avec 2 porteuse.

Dans le Fig. 1.11 nous voyons une chaîne de transmission très simple dans laquelle une modulation OFDM est réalisés en modulants 2 symboles par 2 porteuses qui seront codés avec le bloc IFFT pour ensuite être modulés dans un modulateur IQ.

Fig. 1.11-Chaîne OFDM Les figures 1.12.a et 1.12.b montrent les parties réelles des symboles transmis et reçus, respectivement.

19

10 20 30 40 500 60

0.2

0.4

0.6

0.8

0.0

1.0

Index

real

(F1)

10 20 30 40 500 60

0.2

0.4

0.6

0.8

0.0

1.0

Index

real

(RF

1)

(a) (b) Fig. 1.12- (a) Partie réelle du Symbole transmis (1+j) dans1º et 4º sous-porteuse (b) Partie réelle du Symbole récupéré dans Rx. OFDM avec 1 porteuse et Inter-Carrier-Interference. [5] Inter-Carrier-Interference (ICI) est un problème qui arrive quand on a une perte de l’orthogonalité entre les porteuses dans le démodulateur, dû par exemple à une forte variabilité du canal de transmission. Pour recréer cette hypothèse, nous avons utilisé le même modulateur au cas antérieur, mais nous avons déplacé la fréquence du démodulateur d’une constante, comme on peut remarquer sur la Figure 1.13, pour obtenir le même effet qu’un canal avec des variations importantes. Fig. 1.13- Inter-Carrier-Interference Dans la figure «1.14.b» on peut remarquer 3 périodes exacts qui correspond à la démodulation d’un signal OFDM avec une porteuse, quand nous analysons la démodulation à la sortie du démodulateur dans la Figure 1.15 nous voyons qu'il y a plus de 3 périodes, cela découle du glissement de fréquence (frequency offset) provoqué par l'ICI.

20

10 20 30 40 50 600 70

0.5

1.0

0.0

1.5

Index

mag

(F1)

10 20 30 40 50 600 70

-0.02

-0.01

0.00

0.01

0.02

-0.03

0.03

Index

real

(T1)

10 20 30 40 50 600 70

0.5

1.0

0.0

1.5

Index

mag

(RF

1)

10 20 30 40 50 600 70

-0.02

-0.01

0.00

0.01

0.02

-0.03

0.03

Index

real

(RT

1)

(a) (b)

Fig. 1.14- (a) Partie réelle du Symbole transmis (1+j) dans 3º sous-porteuss. (b) Partie réelle du Symbole transmis aprés la transformation IFFT (il y a 3 cycles exacts dans la sous-porteuse)

Fig. 1.15- Partie réelle du Symbole transmis après la démodulation IQ (on remarque qu’il y a plus de 3 cycles dans la sous-porteuse) Fig. 1.16- Partie réelle du Symbole récupéré dans Rx avec Inter Carrier Interference. Dans la figure «1.16» nous pouvons observer comme le signal à la réception se trouve affecté par l’ ICI.

21

1.3 MIMO

L'évanouissement (fading) est défini comme la variation de l'intensité de champ électro-magnétique, provoquée par le milieu de transmission variant dans le temps. L'une des causes principales de ce problème est la propagation multi-trajet des ondes dans l’espace, entraînant des interférences destructives.

Une technique avancée pour le contrôle de l'évanouissement de signaux radio et la reduction de l'interférence co-canal dans des systèmes mobiles, sont les systemes MIMO (Multiple Inputs Multiple Outputs) basés sur l’utilisation de plusieurs antennes á l'émission et/ou à la réception, et d’algorithmes numériques permettant de profiter de la diversité temporelle / fréquentielle.

Pour aborder ce sujet, nous présenterons deux techniques de diversité très utilisées [6], cependant il existe beaucoup d’autres techniques non présentées dans cette partie.

1.3.1 Spatial Diversity Multiplexing, Système 2x2 La première technique présentée est le SDM :

Fig. 1.17 - SDM

D’après le schéma ci-dessus, nous constatons qu’avec deux antennes de

chaque côté, quatre canaux distincts sont créés. Lorsqu’un paquet D1 est envoyé à partir de l’antenne « T1 » et que le paquet D2 est envoyé de « T2 », à la réception chaque antenne reçoit à la fois ce qui a été envoyé par « T1 » et « T2 » multiplié par un coefficient complexe en fonction de leur canal (H11, H12, H21 et H22). Pour recomposer la trame il va falloir résoudre un système de deux équations à deux inconnues afin d’isoler D1 et D2 (équations sur la Figure 1.1). La façon dont on retrouve le signal émis est relativement simple grâce à l’OFDM. Dans le domaine temporel, des opérations beaucoup plus complexes auraient dues être effectuées. Pour déterminer les coefficients complexes de chaque canal pour décoder la trame par la suite, nous profiterons la structure de la trame OFDM car une trame OFDM 802.11, par exemple, est toujours constituée de deux paquets d’en-tête connus de l’émetteur et du récepteur, qui servent à estimer le canal. De cette façon les différents coefficients seront déterminés et le signal sera ensuite décodé puis la trame reconstituée.

22

1.3.2 Space Time Bloc Code, Système 2x1 Tout comme le MIMO-SDM, le MIMO-STBC envoie des signaux différents sur

chaque antenne mais le principe du STBC est d’introduire une redondance d’information entre les deux antennes et ainsi d’améliorer la robustesse pour une même puissance d’émission mais sans gagner du débit. Au niveau de l’émission, dans la trame OFDM qui a été générée précédemment, l’émetteur va prendre les paquets de cette trame deux par deux. En réalité le système d’émission va envoyer d’un côté D1 et D2 sans les modifier et de l’autre côté il sera envoyé d’abord le conjugué de D2 et après le conjugué de D1 négatif (principe ALAMOUTI [7]). Le système de réception va dans un premier temps, déterminer les coefficients complexes des canaux comme dans le SDM. Ensuite ce système va recevoir un premier couple D1 et le conjugué de D2 puis dans un second temps D2 et -D1*. Avec ces deux couples la trame émise va pouvoir être reconstituée de façon très sûre grâce un système de vérification entre les paquets D1 et D2 envoyés et leurs conjugués.

Fig. 1.18 - STBC. d Pour conclure, on peut faire une comparaison entre le systèmes MIMO et les systèmes standards pour remarquer quelques avantages :

• A même puissance et à distance égale, le MIMO permet de doubler le débit de transmission, mais le réseau n’en n’est pas plus robuste.

• A même puissance et à débit égal, le MIMO permet d’augmenter la portée des équipements tout en garantissant une qualité de réception.

1.4 Conclusion

Dans cette partie, nous avons détaillé les concepts basiques afin de mieux comprendre la technologie MIMO. Nous avons expliqué premièrement les techniques de codage et modulation numériques et analogiques qui seront utilisée dans notre travail. Dans une deuxième temps, on a montré comment le MIMO tire profit du multitrajet en utilisant différentes techniques de diversité. a Aussi on a présenté dans ce chapitre les structures ADS développées dans le laboratoire qui ont aidé à démontrer les concepts expliqués et qui seront utilisés pour l’étape de Synchronisation.

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2. Chaîne de transmission radio WLAN MIMO 2x2 simulée sous ADS Dans ce chapitre, nous présentons les différents standards de communication proposés par l'IEEE, et nous introduirons quelques concepts basiques à propos des canaux MIMO.

2.1 IEEE 802.11 [8]

Le standard IEEE 802.11 donne des spécifications relatives à l'implémentation

de la couche PHY et de la couche MAC (Couche liaison de données du modèle OSI) pour les réseaux locaux à liaison sans fil (WLAN).

Le standard 802.11 a été amélioré à plusieurs reprises depuis son approbation par l'IEEE. Ces améliorations sont désignées comme étant des amendements au standard initial. Les principaux amendements sont les suivants : 802.11a

Cette couche physique utilise la bande radio de 5 GHz qui offre une largeur de bande de 300 MHz et qui est beaucoup moins encombrée que la bande 2,4 GHz. La modulation de fréquence utilisée est l’OFDM avec le codage de Barker qui permet d’obtenir des débits de 54Mbps théoriques et 22Mbps réels. Cependant, l'utilisation de cette bande de fréquence a aussi ses désavantages, elle restreint l'usage à des équipements en vue directe, car le fading augmente avec la fréquence.

802.11b (Wi-Fi)

Cette norme utilise la bande ISM (Industrial, Scientific and Medical 2,4 GHz) et une modulation DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) avec le codage CCK (Complementary Code Keying). Le standard 802.11b permet d'atteindre des débits de 5,5 à 11 Mbps théoriques ou 5.9 Mbps sur TCP et 7.1 Mbps sur UDP. 802.11g (Wi-Fi 5)

Ce standard a été validé par l’IEEE en juin 2003, c’est la dernière modification apportée au 802.11 avant le 802.11n. Il utilise la bande ISM comme le Wi-Fi ainsi que la technique de codage CCK, ce qui le rend compatible avec le 802.11b. Par contre, il utilise l’OFDM comme modulation, ce qui lui permet d’atteindre un débit max de 54 Mbps, mais avec une consommation d’énergie plus importante que le standard 802.11a. 802.11n Alors que les technologies 802.11a, 802.11b et 802.11g trouvent leur limitation principale dans les débits, le 802.11n permet d'atteindre dans les mêmes conditions des débits dix fois plus élevés (300 Mbits/s).

Mais l'intérêt du 802.11n ne s'arrête pas au débit. La couverture radio de l'environnement est également plus soutenue grâce aux techniques MIMO, qui assurent une meilleure propagation du signal.

Ces améliorations par rapport à IEEE 802.11a/b/g sont dûes aux technologies suivantes :

24

OFDM : 802.11n respecte les contraintes imposées par les bandes de fréquences des 2.4 GHz et 5 GHz autorisées pour les technologies précédentes 802.11a/b/g et il sait exploiter des canaux de 20 MHz (b et g) mais aussi de 40 MHz (a) sur la bande des 5 GHz pour doubler le débit. MIMO : permet d'utiliser, à la fois, plusieurs émissions spatiales et plusieurs antennes pour les récepteurs et les émetteurs. La diversité spatiale : mentionnée dans la partie 1.3.1 Space Time Bloc Code : mentionnée dans la partie 1.3.2 Transmit Beam Forming : consiste à émettre le même signal déphasé à partir de plusieurs antennes pour augmenter la puissance du faisceau dans une direction

2.2 Trame WLAN 802.11g Chaque symbole OFDM se compose de 64 porteuses, 48 sont utilisées pour transporter des données, 4 sont des pilotes et 12 pour des fréquences de garde. La durée d'un symbole OFDM dans la norme 802.11g est de 4µs (avec le préfixe cyclique). [9]

La trame OFDM est formée par les champs suivants (Figure 2.1) : Short Préamble, Long Preamble, Signal et finalement par les symboles OFDM. Le Short Preamble est constitué de 10 fois le même symbole (pilotes connus par le récepteur utilisé pour la synchronisation et pour l'estimation du décalage en fréquence) d’une durée totale de 8µs. Le Long Preamble est constitué pour 2 symboles de 3,2 µs plus un préfixe cyclique (le dernier quart de la séquence considérée, c’est à dire 1,6 µs). Ce champ est utilisé, basiquement, pour l'estimation du canal.

Fig. 2.1 – Champs d’une trame 802.11g Le protocole défini dans le document de l'IEEE incorpore un symbole dénommé SIGNAL, utilisé par une sous-couche de la couche Physique, appelé PLCP (Physical Layer Convergente Procedure), qui permet de transmettre au récepteur les informations concernant la taille de la trame, ainsi que le débit.

25

2.3 Chaîne WLAN MIMO 2x2 Avant de mettre en place la plateforme hardware MIMO, il a été nécessaire de créer et simuler la même structure, au niveau software, pour vérifier la viabilité du projet et de plus prévoir quelques résultats. Pour la réalisation de cette tâche, on a utilisé l'environnement de développement ADS. Donc l'objectif de cette section est de, construire une trame sous la norme WLAN 802.11g et la transmettre à travers un "canal MIMO avec bruit gaussien", vers le récepteur où on analysera les performances de la communication. Dans la Figure 2.1.a/b on montre la chaîne de transmission réalisée sous ADS. Elle se compose de 3 grande parties : la partie « génération de trames », la partie « canal MIMO » et finalement la partie « réception ». Fig. 2.1.a – Emetteur.Chaîne MIMO Pour la première partie, nous utilisons un bloc prédéterminé de ADS pour construire une trame 802.11g avec la structure présentée dans la section 2.2. Ce bloc fait aussi la modulation RF des symboles OFDM créés au par avant avec les techniques qu’on a étudiées dans la première partie du rapport (voir Modulation IQ, QAM et OFDM). Pour pouvoir continuer avec le développement de ce chapitre, il suffit seulement d'expliquer le paramétrage que nous avons utilisé.

1. RF Signal 2. Error Vector Magnitud 3. Encode Bit 4. PSDU 5. Signal

Le générateur a été configuré à une fréquence porteuse de 2,412 GHz, avec une "puissance" de -20 dbm et une "largeur de bande" de 20 MHz. On a utilisé une "longueur de la trame" de 2048 bits aléatoires. En ce qui concerne l'Idle et l'intervalle de garde, nous nous sommes servis des recommandations que la norme 802.11 donne pour son calcul :

Idle = 1.25 * (2 ^ Order) TGuard = T/4 (dernier quart du symbole OFDM)

WLAN_11n_ChannelChannel

RiceanFactor=0 dBPASType=LaplacianRxArrayDimension=0.5RxArrayType=Uniform LinearNumRxAntennas=2TxArrayDimension=0.5TxArrayType=Uniform LinearNumTxAntennas=2Seed=123PowerLineFrequency=60 HzCarrierFrequency=RF_Freq_WLANTxRxDistance=2 meterIncludePathloss=NoCorrelationCoefType=ComplexModelType=A

BusMerge2B3

BusSplit2B9

WLAN_80211a_RFSignalSource7

GuardInterval=16GuardType=T/4Idle=IdleScramblerInit="1 0 1 1 1 0 1"Order=OrderRate=RateLength=LengthBandwidth=RF_BW_WLANPower=dbmtow(SignalPower_WLAN)FCarrier=RF_Freq_WLAN

WLANRFSource AddNDensity

A3NDensity=NDensity

AddNDensityA4NDensity=NDensity

A

A

b

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Pour apprécier la configuration du générateur « WLAN RF SOURCE » et aussi le paramétrage complet de toute la simulation, le lecteur peut recourir au fichier « canalmimo.dsn » qui se trouve dans les annexes. La deuxième partie, qui fait référence au modèle du canal MIMO, sera détaillée dans la section suivante avec plus de détails. Dans la troisième partie (voir Figure 2.1.b), nous réalisons d'abord la démodulation IQ du signal reçu à 2.412 GHz et puis le signal est démodulé par le récepteur WLAN pour qu'il nous rende la PSDU, avec laquelle nous pourrons calculer les performances de la transmission. Fig. 2.1.b – Démodulateur utilisé dans la chaîne MIMO

Pour conclure, on a ajouté un bloc dénommé WLAN BER-PER, qui nous permet de mesurer le taux d’erreur par bit ou paquet transmis. C’est avec ce bloc qu’on peut évaluer et analyser les effets introduits par le canal MIMO, car son fonctionnement fait une comparaison entre le signal du générateur qui est libre de toute interférence externe (avec un délai de le durée de 8 fois la trame fois, une constante selon les recommandation prise des exemples Agilent) et le signal reçu dans le démodulateur qui est perturbé par le milieu.

2.4 Modélisation du canal [10]

Dû à la sensibilité des algorithmes des systèmes MIMO par rapport aux propriétés de la matrice du canal, nous devons prendre en compte quelques variables quand on fait la modélisation du canal pour avoir des performances adéquats et, de cette façon, pouvoir utilisé les résultats de la simulation dans notre implémentation hardware. Les paramètres importants du modèle sont les profils de pertes, shadowing,

DelayD13N=Length*8*2

WLAN_80211a_BERPERBERPER1

Stop=frame_measureStart=frame_measureDelay=2Length=Length

BERPER

WLAN

DelayD12N=Length*8*2 WLAN_80211a_BERPER

BERPER

Stop=frame_measureStart=frame_measureDelay=2Length=Length

BERPER

WLAN

WLAN_80211aRxFSync1W14

FreqOffset=0Idle=IdleTSYM=4e-6 secGuardInterval=16GuardType=T/4ScramblerInit="1 0 1 1 1 0 1"Order=OrderRate=RateLength=Length

With ful l Freq. Sync.

802.11a Receiver

WLAN

RectToCxR12

TimedToFloatT15TimedToFloatT14

WLAN_80211aRxFSync1W13

FreqOffset=0Idle=IdleTSYM=4e-6 secGuardInterval=16GuardType=T/4ScramblerInit="1 0 1 1 1 0 1"Order=OrderRate=RateLength=Length

With full Freq. Sync.

802.11a Receiver

WLAN

TimedToFloatT13TimedToFloatT12

RectToCxR11

QAM_DemodQ3

PhaseImbalance=DphiGainImbalance=DgPhase=0Sensitivity=1RefFreq=RF_Freq_WLAN

QAM_DemodQ2

PhaseImbalance=DphiGainImbalance=DgPhase=0Sensitivity=1RefFreq=RF_Freq_WLAN

b

A

A

b

27

la dispersion de Doppler, dispersion par delay, et le facteur de Rice K. Un autre aspects, plus spécifiques de canaux MIMO, est :

• La corrélation des antennes dans l'émetteur comme dans le récepteur.

Maintenant nous détaillerons les principaux modèles : Canal MIMO pseudo-statique de bande étroite

En général, les canaux wireless sont modélisés comme la somme de deux composantes, une dénommée composante en "ligne de vue" (LOS) et l'autre "sans ligne de vue" (NLOS). Cela peut s'exprimer dans des termes matriciel du canal comme H = HLOS + HNLOS. On définit le facteur de Ricean K comme la relation entre la puissance de HLOS et la puissance moyenne des composants HNLOS. Alors nous pouvons dire que si le facteur de Ricean K augmente, la composant LOS devient plus importante. Dans les systèmes MIMO, l'effet résultant est l'augmentation dans la corrélation entre les antennes et une diminution du rang effectif total (la matrice devient plus conditionnelle). Un canal MIMO " large bande" variant dans le temps

Ce type de canaux peuvent être modélisé comme la somme d'une composante LOS plus quelques composants aléatoires d'évanouissement avec retards :

h(τ) = ∑ hi δ(τ-τi) Où hi utilise un modèle d'évanouissement plat. Les coefficients (lignes de retards) de ce modèle sont considérés comme non corrélés (statistiquement), cela est important puisque la performance des techniques MIMO dépend de la corrélation des antennes, mais ce n'est pas une décision facile à prendre puisque bien que nous cherchons que la corrélation soit basse pour l'optimisation MIMO (donc les antennes doivent être les plus séparées possibles). On ne peut pas oublier qu'il y a un certain compromis avec l'optimisation beamforming, qui seul a une bonne performance si les antennes sont suffisamment près entre elles (dû a l'effet du aliasing spatial).

Un autre problème arrive quand la matrice du canal H varie rapidement. Cette variation produit une dispersion appelée Dispersion Doppler, qui détermine les requêtes du temporized entre le moment de mesure du canal et l'instant dans lequel l'émetteur s'adapte au canal en utilisant l'information realimentée. Dans des lieux où la composant LOS est dominant, les changements sur le canal sont petits, même si le terminal se trouve à une grande vitesse, donc le temporized est court. Les Modèles Standardisés

Avec l'approbation du standard 802.16 de l'IEEE (pour l' accès sans fils de large bande et 3GPP) quelques modèles de canaux MIMO ont été standardisés. Basiquement, 6 modèles typiques de canaux sont proposés pour des systèmes MIMO 2x2. L'hypothèse utilisée suppose une polarisation verticale des antennes, une matrice de corrélation formée par le produit de Kronecker des matrices locales de corrélation et que tous les coefficients partagent la même corrélation d’antennes.

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Model Number of

Coeff. Max Delay Spread

(ns) K: First Coeff.

(dB)

K: Remaining Coeff. (dB)

A 1 - 0 B 2 80 0 C 2 200 0 D 3 390 3 E 4 730 6 F 6 1050 6

Tableau 2.1- Caracteristiques des modèles standarisés Pour le développement de notre travail, nous utilisons les modèles A et B décrits dans la Table 2.1 (IEEE 802.11-03/940r et 802.11n channel models). Le fonctionnement du bloc WLAN_11n_ Channel consiste à assigner aux coefficients distincts : temps de retards, gains et coefficients de Ricean K, selon le modèle choisi. ADS construit cette matrice de coefficients en utilisant l'équation suivante :

Où P est la somme des puissances de tous les coefficients, HF est la matrice fixe LOS (la ligne de vue) dont les angles de sortie et d'arrivée sont de 45 degrés, HV est une matrice variable dont les éléments sont des variables aléatoires complexes gaussiennes (amplitude de Rayleigh), et la K est le Facteur de Ricean K.

Finalement, le paramétrage que nous avons utilisé est composé d’un système MIMO 2x2, avec canaux de type A et B. Un paramètre important est la distance de séparation entre les TX et les RX (2 mètres) et l’effet Doppler que nous l’avons méprisé puisque nous utiliserons des équipements fixes, sans mobilité. La Figure 2.2 montre le schéma d’un canal type A

Fig. 2.2- Canal type A

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2.404 2.406 2.408 2.410 2.412 2.414 2.416 2.418 2.4202.402 2.422

-85

-80

-75

-70

-65

-90

-60

freq, GHz

dBm

(Spe

ctru

m1)

dBm

(Spe

ctru

m2)

2.5 Bit Error Rate et Packet Error Rate sous un can al MIMO-AWGN Pour notre étude, on a réalisé une série de simulations dans le domaine fréquentiel pour visualiser les variations spectrales de la trame 802.11g après avoir traversé le canal MIMO. La Figure 2.3 decrit la structure du canal realisée sous ADS.

Fig. 2.3- Canal MIMO utilisé pour évaluer l’effet des coefficients Fig. 2.4- Rapport Spectral du signal après le canal MIMO

30

2.404 2.406 2.408 2.410 2.412 2.414 2.416 2.418 2.4202.402 2.422

-75

-70

-65

-60

-80

-55

freq, GHz

dBm

(Spe

ctru

m3)

On peut voir dans la Figure 2.4 le rapport entrée/sortie de la trame 802.11g dans un « canal MIMO type A ». Ce canal propose un seul coefficient par antenne, donc on n’a pas de multitrajet. Cependant, on remarque quelques différences, en magnitude, introduites par le calcul interne du modèle utilisé. Fig. 2.5- Signal avec bruit du type AWGN La Figure 2.5 montre la déformation que le signal subit par le bruit additif du type Gaussien. La densité spectrale de ce bruit a été calculé en respectant l'équation qui du bruit pour les signal WIFI :

NDensity = Pwlan – 10*log (1+GI) – 10*log(DataRate) – EbN0

Oú Pwlan est la puissance de la signal Wlan, GI correspond à l'intervalle de garde (0,25 dans notre étude), DataRate (débit) et EbN0 le rapport énergie par bit – bruit. Note : Cette figure représente le spectre du signal transmis après chaque variation de la relation "EbN0" laquelle s'expliquera dans les paragraphes qui suivent.

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Pour conclure cette partie on montre le Bit Error Rate obtenu dans notre simulation.

Fig. 2.6- Variation du BER par rapport au EbNo. Pour le calcul du BER on a suivi une technique qui est proposé par Agilent : faire varier le la relation Energie Bit / Densité du bruit (EbN0), donc on a dû utilisé un algorithme « IF » pour garantir qu’on joue les trames nécessaires pour avoir un BER qui converge, c’est à dire qui est stable. Voir Figure 2.6

« if (EbN0<=3) then 50 elseif(EbN0<=7) then 200 else 400 endif »

2.6 Conclusion

Dans cette partie, on fait une introduction aux chaînes de transmission MIMO, pour pouvoir comprendre mieux leurs fonctionnements et pouvoir avoir quelques résultats pour les comparer avec les résultats de la plateforme-hardware que nous proposons. Aussi, on a montré quelques concepts basiques de canaux de transmission et on a fait quelques remarques sur l’étude du Bit Error Rate pour évaluer les performances.

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3. Plateforme hardware MIMO 2x2 3.1 Introduction

Quelques groupes de recherche ont développé des plateformes pour évaluer les performances des canaux et des algorithmes MIMO. Cependant les configurations proposées dans ce rapport n'ont pas été évaluées dans d’autres documents.

Dans ce chapitre, on décrit les deux plateformes que nous avons développé au sein du le laboratoire CITI (Centre d'Innovations en Télécommunications & Intégration de services) à L'INSA Lyon, en expliquant ses avantages et ses limitations.

3.2 Description de la Plateforme

La plateforme est composée d'un PC sous lequel des simulations du logiciel

Advanced Design System (ADS) utilisant l'outil Ptolemy peuvent être menées ainsi que des appareils de mesure Agilent [11]:

• Deux générateurs d'ondes arbitraires (ESG 4438C et ESG 4432B) capables de charger dans leurs mémoires internes un signal complexe construit sous ADS et de l'émettre en RF à des fréquences allant jusqu'à 6 GHz.

• Une structure à deux antennes patch espacées d'une distance de 6 cm (ce qui correspond à λ/2 pour les transmissions WLAN) à l'émission comme à la réception. Cependant pour notre étude on a utilisé des câbles pour avoir des conditions du AWGN.

• Un analyseur vectoriel de signaux (VSA 89641).

Fig. 3.1 – Couplage des équipements Agilents

Grâce au couplage hardware/software, il est ensuite possible d'étudier les propriétés du signal réel reçu (trace temporelle, spectre, constellation, taux d'erreur) et de lui appliquer n'importe quel traitement en introduisant des programmes développés sous Matlab ou avec des blocs fonctionnels ADS.

Dans une deuxième partie, on propose une autre configuration composée des mêmes éléments, sauf qu'un générateur ESG 4438C est utilisé à la place du ESG 4432B. Cela s'expliquera plus tard quand sont analysés les problèmes et les limitations des configurations.

33

3.2.1 Système émetteur Le système émetteur est donc composé par deux générateurs Agilent interconnectés et 2 antennes ou câbles. Un générateur sera dénommée Master et l’autre Slave. Le Master est celui qui s’occupera de déclencher la synchronisation fréquentielle et temporelle, en utilissant le connecteur Event comme trigger (cela sera developpé avec plus de précision dans la section 3.3). Il est important de remarquer que nous travaillerons offline, cela veut dire que nous construirons les trames avec l'aide du logiciel ADS, pour ensuite les charger dans la mémoire interne des générateurs. Dans la Figure 3.1.a, on peut voir la partie modulation en Bande de Base, du générateur ESG 443XX. Comme on peut l'observer, nous devons envoyer au générateur un signal en phase (I) et l'autre en quadrature (Q) (la modulation est du type IQ), donc le signal de sortie (RF) du générateur qui sera transmise par les antennes sera :

S1(t) = I(t)*cos(wrft) + Q(t)sin(wrft)

On détaille le processus utilisé dans la transmission d'une forme séquentielle :

6. En utilisant ADS, on crée les symboles qui seront transmis par les générateurs (ceux-ci peuvent provenir d'un codage STBC, etc. ..)

7. On initie la communication avec les générateurs 8. On configure des paramètres comme le Trigger, Delay,

Puissance, Fréquence, … 9. Les trames se chargent dans les mémoires internes 10. Les modulations s'activent (ARB1 et RF)

Le Tableau 3.1 montre les caractéristiques des générateurs E4432B et E4438C. [12]

ESG E4432B ESG E4438C Fréquence minimale 250 KHz 250KHz Fréquence maximale 3GHz 6GHz

Resolution Fréquentiale 0.01 Hz 0.01Hz Puissance minimale -136 dBm -136 dBm

Puissance maximale 10 dBm 16 dBm

Fréquence de l’horloge 1 Hz – 40 Mhz 1 Hz – 40 Mhz Résolution de l’horloge 1 Hz 1 Hz

CNA 14 bits 16 bits Memoire 1 MegaSample/canal 32 MegaSamples/canal Delay Externe 2 useg - 3,6 Kseg 10 nseg - 40 seg

Tableau 3.1 les caractéristiques techniques des générateurs Pour conclure, nous remarquerons seulement que la communication avec les générateurs est réalisée en employant l'une des fonctionnalités des Agilent IO Libraires Suite: le "remote IO Server", qui permet de contrôler les équipements à travers d'un réseau local ou d'une interface GPIB, avec un ordinateur. (1 ARB est la mémoire interne que le générateur utilise pour enregistrer le signal à émettre)

34

Fig. 3.1.a – Modulation en Bande Base

3.2.2 Système récepteur Pour le système récepteur, on utilise un analyseur vectoriel de signaux (VSA 89641) d’Agilent, possédant deux entrées RF, et capable de numériser un signal contenu une bande de 36 MHz de large. Il faut remarquer qu’il est couplé avec un ordinateur portable avec lequel on fait les mesures correspondantes. Le VSA est un logiciel puissant et PC-embarqué offrant des outils trés performants pour l'évaluation et le débogage de signal spécifique.

• 33 démodulations analogiques et numériques s'étendant de 2FSK à 1024QAM • Analyse spécifique de modulation comprenant la gestion de réseau sans fil

(802.11a/b/g, 802.11n, 802.16 WiMax (fixe/mobile),) • Jusqu'à 400K incluant FFT, pour l'analyse du spectre très haute résolution • De nombreux outils d'analyse temporelle, y compris la capture et le playback de

signal, synchronisation temporelle, et les mesures CCDF • couplage avec générateurs des signaux d'Agilent et logiciels de simulation.

Possibilité d’enregistrer des signaux pour les utiliser sous ADS

3.3 Synchronisation

Nous pouvons dire que c'est le cœur de notre travail, puisque c'était l'aspect le plus important dans le développement de la plateforme. Pour garantir le fonctionnement correct des techniques MIMO, et pouvoir faire des études de performances de celles-ci, il est nécessaire que les signaux soient synchronisés à la sortie des émetteurs. Pour notre travail, deux types de synchronisation ont été realisées, la synchronisation fréquentielle et la synchronisation temporelle. Pour obtenir une bonne synchronisation fréquentielle, nous employons dans le générateur Slave un signal de 10 MHz généré par le Master, ceci afin que les 2 générateurs aient le même oscillateur dans l'étape de transposition en fréquence. Un aspect important pour les transmissions MIMO est la synchronisation temporelle entre les signaux qui sont transmis par chaque antenne, c'est à dire on doit garantir qu'à un instant donné les deux signaux émis sont parfaitement maitrisés, il faut donc une bonne synchronisation temporelle des trames.

Au cours de notre travail, nous avons créé deux configurations différentes de la plateforme, une utilisant les générateurs ESG E4432B-E4438C, et l'autre utilisant 2 générateurs ESG-E4438C.

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3.3.1 Plateforme ESG E4432B – E4438C

Dans la Figure 3.2, on peut voir l'interconnexion des générateurs, bien qu'il manque la connexion du Master au serveur par GPIB ou LAN. On peut voir deux connexions entre les deux générateurs : en premier lieu la connexion du signal de 10 MHz pour la synchronisation fréquentielle et en deuxième lieu, une connexion entre l'Event1 et le Pattern Trig In pour la synchronisation temporelle.

Pour obtenir la synchronisation temporelle, on emploie un signal qui sort du connecteurs « Event1 » (E4432B) vers le « Pattern Trig In » du générateur E4438C. Quand « E4432B » (qui agit comme Master dû à ses prestations inférieures) commence à transmettre, par le connecteur Event1 on transmet un signal qu'on utilisera comme déclencheur (trigger). Quand l'E4438C, qui agit comme Slave, détecte un front descendant ou montant (ça on peut le parametré dans les générateurs) dans le Pattern Trig In, il commence à transmettre.

Fig. 3.2 - Configuration de la plateforme 3.3.1 Instructions de configuration :

• En utilisant ADS (emeteurs3238.dsn) les trames WLAN se chargent dans les générateurs à transmettre. Cette étape sera expliqué avec plus de détails dans la section 3.4.1

• Désactivation des ARB des générateurs : Mode – Dual ARB – ARB OFF. • On configure le générateur Slave (E4438C) dans le mode Trigger and Run : Mode –

Dual ARB – Trigger- Trigger Setup – Trigger and Run • On active l'ARB du générateur E4438C en premier lieu et tout de suite nous activons

l'ARB du générateur E4432B.

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Fig. 3.3 - Retard observé grâce au VSA La Figure 3.3 montre une capture temporelle réalisée avec le VSA. Si nous observons la différence temporelle qui existe entre les pics des 2 graphiques, nous remarquons un retard de 2.694736 usec. Bilan

Les résultats obtenus avec cette configuration ne sont pas ceux attendus. Nous n'avons pas pu réduire le retard entre le master et le slave à plus de 2,693747 usec. Il faut remarquer que ce retard est constant et il est dû au temps que le Master met pour trigger le Slave. Puisque le trigger que nous utilisons est construit avec ADS, il consiste à mettre un marker ou flag sur la même trame d'information seulement qu’on l’envoie par le connecteur Event 1, mais comme ce marker n'est pas indépendant de la trame à transmettre, nous ne pouvons pas la retarder dans le master puisque aussi le trigger se retarderait.

Comme solution possible, on pourrait proposer d'utiliser un troisième générateur comme trigger externe, ou la solution que nous avons décidé d'utiliser est de générer le trigger de la trame à travers des commandes SCPI (un langage utilisé par Agilent pour la communication avec ses équipements). Ce dernier procédé est détaillé dans la configuration suivante.

3.3.2 Plateforme avec 2 générateurs ESG E4438C

La Figure 3.3 montre la deuxième configuration proposée pour le

développement de la plateforme MIMO. Le grand avantage d'utiliser deux générateurs E4438C consiste au fait que nous pouvons configurer le master et le slave dans un mode de trigger appelé « Trigger and Run », alors que dans la configuration antérieure seulement le slave peut être configuré de cette manière. Grâce à cela, nous pouvons

37

Fig. 3.4 - Configuration de la plateforme 3.3.2 connecter la sortie de l'Event 2 du master au Pattern Trig-In du slave et de lui même avec l'aide d'un diviseur T [13]. Instructions de configuration :

• En utilisant ADS (emeteurs3238.dsn) les trames WLAN se chargent dans les générateurs à transmettre. Cette étape sera expliquer avec plus un détail dans la section 3.4.1

• Désactivation des ARB des générateurs : Mode – Dual ARB – ARB OFF. • On configure les générateurs Maste/Slave dans le mode Trigger and Run : Mode –

Dual ARB – Trigger- Trigger Setup – Trigger and Run. • On active l'ARB dans les générateurs (peut importe l’ordre). • On ouvre Agilent Connection Expert, on sélectionne l'unité (LAN ou GPIB) que nous

utilisons comme master et nous faisons click dans le bouton "Send Command SCPI" : Une fois dans la console, nous rentrons les commandes suivantes pour créer notre signal de "trigger" :

• diag:bbg:mon "ww a6000004 30" • diag:bbg:mon "ww a6000058 6000" • diag:bbg:mon "ww a600005c 6001"

Avec la commande 4, on active le signal sur l’Event 2, c’est á dire on lance le trigger :

• diag:bbg:mon "ww a6000056 3" L'instruction suivante est utilisée pour arrêter le trigger que nous avons lancé, mais ce ne pas nécessaire de l'utiliser puisque le Trigger and Run permet seulement une seule synchronisation :

• diag:bbg:mon "ww a6000056 0" Voir plus de détails la section 5.2 des Annexes. [14] Bilan Après avoir analysé avec l'aide du VSA les résultats obtenus, nous avons pu constater une synchronisation avec une erreur de l'ordre du pico-second. Cette réponse semble encourageante à notre travail puisque une erreur de cet ordre n'est

38

pas significative dans la transmission, donc nous pouvons dire que la plateforme s'adapte aux conditions nécessaires pour pouvoir être utilisé dans des tests MIMO. Dans la partie suivante, on démontrera cette synchronisation et on analysera les résultats obtenus dans la transmission d'une trame WLAN 802.11g synchronisée dans deux générateurs ESG 4438C.

3.4 Couplage Software-Hardware (ADS/Agilent)

Dans cette section, nous testons la plateforme MIMO mise en place. Pour cela nous avons crée avec l'aide du logiciel ADS un émetteur couplé aux générateurs Agilent. On envoie la même trame sur les deux générateurs. Grâce au VSA, nous enregistrons les signaux reçus sur ses deux canaux pour les démoduler dans la chaîne de réception aussi créée sur ADS.

3.4.1 Émetteur Dans la Figure 3.5.a, on montre la première partie de l'émetteur développé sous ADS. En premier lieu, on envoie une chaîne de bits aléatoires qui passent par un modulateur WLAN où sont construites les trames qui seront émises. Ensuite, les trames passent par une étape de "mise en forme" avant d'être modulée en RF par les oscillateurs.

WLAN_80211aSignalSrc1W2

Idle=1.25*2^OrderOrder=OrderRate=RateLength=Length

802.11a Signal Source1

WLAN

CxToRectC1

BitsB1

LFSR_InitState=1LFSR_Length=12ProbOfZero=1Type=Random RF_ModFIR

R2

Pow er=dbmtow (SignalPow er)FCarrier=RF_Freq MHz

ModFIR

Q

I

Fig. 3.5.a - Première partie de l’émetteur développé sous ADS La Figure 3.5.b montre l'accouplement entre le logiciel ADS et les générateurs Agilent grâce aux blocs C9 et C10 qui se trouvent disponibles dans les librairies d'ADS.

CM_ESG_E4438C_SinkC10

FileName="Ant0.wfm"SampleClk=SymbolRateIQModFilter=throughAmplitude=-10Frequency=RF_FreqStop=genestopEnabled=YES

CM_ESG_E4438C_SinkC9

FileName="Ant0.wfm"SampleClk=SymbolRateIQModFilter=throughAmplitude=-10Frequency=RF_FreqStop=genestopEnabled=YES

CxToRectC2

TimedToCxT8

Fig. 3.5.b - Deuxième partie de l’émetteur développé sous ADS.

39

Le paramétrage de ces blocs pourra être consulté dans le fichiers "emeteurs3838.dsn" qui se trouve dans les annexes. Pour conclure avec la partie d'émission, on montrera les résultats enregistrés avec le VSA. La Figure 3.6.a montre les trames, désynchronisées de façon aléatoire, qui sont transmises par les générateurs avant que le procédé de synchronisation ne soit appliqué.

Fig. 3.6.a - Trames WLAN désynchronisées La Figure 3.6.b présente les trames après avoir réalisée le processus de synchronisation.

Fig. 3.6.b - Trames WLAN synchronisées Note : Comme une explication supplémentaire dans la figure precedente, on détaille quelques champs de la trame WLAN intéressantes à l'heure d'observer la synchronisation : A - Idle B - Short Preambule C - Long Preambule Le lecteur peut se diriger vers le deuxième chapitre de ce rapport pour rappeler la signification de ces champs.

A

B

C

40

3.4.2 Récepteur La Figure 3.7 montre le récepteur que nous avons créé pour l'étude des performances en BER de la transmission. Étant donné que dans notre rapport nous avons étudié seulement l'implémentation d'une plateforme hardware pour des communications MIMO, et non les algorithmes de codage, le récepteur est considéré comme deux démodulateurs WLAN indépendants. Ensuite, nous détaillons les blocs les plus importants qui composent ces démodulateurs :

1. Les blocs Master et Slave sont ceux qui permettent d'importer le signal enregistré par le VSA pour l'analyser sous ADS.

2. Ce bloc sélectionne la première trame complète pour que le démodulateur WLAN n'ai pas de problèmes dans la démodulation.

3. Cette chaîne a été déjà expliquée dans le chapitre 2, elle montre seulement l'étape DownConverter et l'étape de demodulation WLAN des trames.

4. Dans cette dernière étape, on réalise l'analyse de performances BER, pour cela le signal démodulé est comparé au signal de base qui a été transmis, mais retardé par une constante de temps qui symbolise le temps nécessaire de traitement du signal démodulé.

41

Fig. 3.7 - Démodulateur

WLA

N_g

_det

ect_

sync

hro

g_sy

nc-1

taill

e_g=

gene

stop

TS

tep_

g=T

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FCar

rier_

g=R

F_Fr

eqR

ectT

oCx

R1

Tim

edT

oFlo

atQT

imed

ToF

loat

I

WLA

N_8

0211

aRxF

Syn

c1W

1

Freq

Offs

et=0

.0 H

zId

le=I

dle

TS

YM

=4e-

6 se

cG

uard

Inte

rval

=16

Gua

rdT

ype=

T/4

Scr

ambl

erIn

it="1

0 1

1 1

0 1

"O

rder

=Ord

erR

ate=

Rat

eLe

ngth

=Len

gth

With

full

Freq

. Sy

nc.

80

2.1

1a

Re

ce

ive

r

WLA

N

IQ_B

lock

IQ_B

lock

5

FC

arrie

r=R

F_F

req

Pha

seIm

bala

nce=

0G

ainI

mba

lanc

e=0

TSte

p=Ts

tep

QI2

Num

eric

Sin

kN

2

Con

trolS

imul

atio

n=N

OS

top=

1104

00*2

*80

Sta

rt=D

efau

ltNum

eric

Sta

rtP

lot=

Non

e

Num

eric

1 2

3

Num

eric

Sin

kN

4

Con

trolS

imul

atio

n=N

OS

top=

5*20

0*8

Sta

rt=0

Plo

t=N

one

Num

eric

1 2

3D

elay

D1

N=2

00*8

*3

Num

eric

Sin

kN

1

Con

trolS

imul

atio

n=N

OS

top=

50*2

00*8

Sta

rt=0

Plo

t=N

one

Num

eric

1 2

3N

umer

icS

ink

N3

Con

trolS

imul

atio

n=N

OS

top=

600

Sta

rt=D

efau

ltNum

eric

Sta

rtP

lot=

Non

e

Num

eric

1 2

3

WLA

N_B

ER

PE

RW

3

Del

ay=3

Leng

th=2

00

BE

RP

ER

WLA

N

Num

eric

Sin

kbe

r

Con

trolS

imul

atio

n=Y

ES

Sto

p=10

Sta

rt=3

Plo

t=N

one

Num

eric

1 2

3

VS

A_8

9600

_Sou

rce

MA

ST

ER

Rec

ordi

ngFi

le="

C:\u

sers

\Fed

eric

o\E

xam

ple\

data

\fina

lsin

cro.

sdf"

Set

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C:\u

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eric

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lsin

cro.

set"

TS

tep=

Tst

epR

epea

tDat

a=S

ingl

e pa

ssV

SA

Tra

ce=B

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se=N

OO

utpu

tTyp

e=T

imed

Con

trolS

imul

atio

n=N

OV

SA

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e="W

LAN

_tra

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"

VS

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LFS

R_I

nitS

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=1LF

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_Len

gth=

12P

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fZer

o=1

Typ

e=R

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m

Num

eric

Sin

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Con

trolS

imul

atio

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WLA

N

Num

eric

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Con

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atio

n=N

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rt=D

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Sta

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eric

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Sin

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Con

trolS

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atio

n=N

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50*2

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rt=0

Plo

t=N

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Num

eric

1 2

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eric

Sin

kN

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trolS

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n=N

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1 2

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_Blo

ckIQ

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6 se

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Rat

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VS

A 1

2

3

4

42

Fig. 3.8 - Démodulation avec le VSA La Figure 3.8 présente le spectre et la démodulation des trames reçues. Nous pouvons apprécier clairement que conformément aux standards présentés dans le chapitre 2, l'information a été codée en 16 QAM (constellation en rouge), et les pilotes en DBPSK (une constellation en Noire).

3.4.3 Études de performances BER La Figure 3.9 présente les performances obtenues aprés une transmission MIMO realisé avec notre plateforme. Les BER sont mesurés pour diffèrentes puissances émises. On peut noter differents résultats du BER selon la puissance utilisée. Il faut remarquer que les BER mesurés pour les 2 générateurs diffèrent entre eux. On peut suposer que c’est dû à la difference de longueur des câbles utilisés pour connecter le Master et le Slave avec le récepteur qui est contrôlé par le VSA, donc les impédances qu’ils présentent ne sont pas les mêmes. Pour finir on constate dans la Figure 3.9 que à partir d’une puissance de -40 dBm, le BER devient Zero. Note : On a choisi d´envoyer des trames courtes (de petite taille) pour diminuer le BER de la transmission. [15]

43

Fig. 3.9 – BER dans le Master et le Slave par rapport á la puissance de transmission.

3.5 Conclusion Dans ce chapitre nous avons développé la plateforme d'essais MIMO qui a été proposé dans l'Introduction de ce rapport. Nous avons montré deux configurations avec des équipements differents. Il faut remarquer que dans la première configuration (ESG E4432B - E4438C), on a travaillé avec un membre du laboratoire de traitement de signaux de l'Université de Cantarbia, Espagne, étant donné qu’ il n'y a pas des documents traitant cette configuration. La deuxième configuration analysée a été utilisée pour réaliser des preuves de synchronisation, avec l'aide des IO Agilent Library, pour démontrer le fonctionnement correct de la plateforme. Pour finir, une chaîne de démodulation a été proposée dans l'environnement d'ADS pour réaliser une étude du BER en faisant varier la puissance de transmission des générateurs.

44

4. Conclusions et Perspectives

4.1 Conclusions Le présent rapport vient de démontrer comment en utilisant des équipements Agilent, on peut les configurer pour créer une plate-forme d'essais MIMO couplé avec le logiciel ADS, en donnant des resultats très performants. Tout d'abord, ce rapport présente la technologie MIMO, technique qui permet de réduire la probabilité d'erreur et d'augmenter le débit de transmission sans augmenter la puissance transmise ou la largeur de bande utilisée. Nous justifions ainsi la nécessité de créer une plateforme - hardware adaptées aux essais MIMO. On a proposée comme solution une plateforme MIMO d’une haute flexibilité avec des équipements que possedent le laboratoire radio du CITI. Cette plateforme travaille dans la bande ISM de 2,4 GHz avec une largeur maximale de bande de 20 MHz. Le système est basé sur un couplage software/hardware (ADS/Agilent) entre les chaînes de modulation réalisées sous ADS et des générateurs Agilent. Afin de réaliser ce couplage, le point dur a été de réaliser une bonne synchronisation temporelle et fréquentielle entre les deux émetteurs. Au cours de notre travail, deux configurations différentes ont été utilisées pour obtenir cette synchronisation, nous avons analysé leurs prestations et limitations. Quand la synchronisation a été réalisée, on a effectué quelques évaluations finales. Pour l'étude en temps réel, on a utilisé le VSA, où nous avons pu observer la synchronisation des trames et leur démodulation. On a également réalisé un traitement des signaux en temps différé, en enregistrant les signaux avec le VSA pour les utiliser dans l'environnement ADS. De cette façon, on a réussi à faire une évaluation rapide des performances de la communication.

4.2 Perspectives Comme lignes de travail qui restent ouvertes et seraient intéressantes de développer, on peut noter les suivantes :

11. Évaluer la capacité du canal en fonction du SNR mesurée pour ainsi pouvoir

évaluer la variation du SNR de manière conjointe avec une corrélation spatiale dans notre plate-forme.

12. Réaliser des preuves avec les algorithmes du type STBC (Alamouti …) sur la

plate-forme créée 13. Agrandir la plate-forme 2x2 à une 3x3 pour valider la synchronisation proposée

comme « générique » et réaliser une analyse de performances.

44

5. Annexes

5.1 Simulations Avant de finir ce rapport, nous avons décidé d'agréger dans cette section une brève explication des simulations créées dans ADS, pour que le lecteur puisse consulter le paramétrage de ceux-ci, et réalisez sur cette base ses propres preuves. Téléchargement des Simulations : http://fedeaguirre.blogspot.com/2009/01/pfe.html QAM.dsn: simulation utilisée dans la première partie (section 1.2.2) QAMwN.dsn: Il récrée, le deuxième modèle utilisé dans la section antérieurement citée. OFDMa.dsn: Cette simulation est utilisée dans la section 1.2.4. Le lecteur pourra changer la configuration de la même pour récréer les mêmes scènes analysées dans ce rapport. CANALMIMO.dsn: Chaîne de transmission utilisée dans la section 2.3. Particulierement elle présente un canal MIMO modélisé selon les standards vus dans la partie 2.4. ADS-AGI3238.dsn: Configuration utilisée dans la synchronisation des générateurs ESG 4432B et 4438C. Le lecteur doit rappeler qu'il devra changer dans le paramétrage, la direction du Serveur Agilent IO qui permet de coupler ADS avec les équipes Agilent dans les blocs C9 et C10. ADS-AGI3838.dsn: IDEM que le fichier précédent, sauf que maintenant la configuration est avec 2 générateurs ESG 4438C. RECEPTEUR.dsn: Récepteur créé sous ADS pour l'étude des performances BER dans la transmission.

5.2 Agilent IO Suite et SCPI

L'Agilent IO Libraries Suite est une collection des drivers qui donnent la capacité d'utiliser les instruments Agilent avec un ordinateur. Cette « Libraries» inclut aussi des utilités qui aident rapidement à verifier le fontionement des instruments. Caractéristiques:

• Connection Expert : parcourt automatiquement et configure vos équipements

• IO Interactif : envoie des commandes aux instruments et lit des réponses • le VISAOpen Report : aide à régler des problèmes des connexions

d'instruments

44

Ensuite le processus de synchronisation mentionné dans la section 3.5.2 est détaillé en expliquant comment exécuter les commandes SCPI.

1. Ouvrons Agilent Connection Expert. La Figure 5.1 montre les interfaces qui se sont reconnues automatiquement après avoir exécuté ce logiciel. Dans notre exemple le Master est contrôlé par l'interface TCPIP1.

2. Sélectionnons, dans l'onglet "Instrument I/O on this PC", notre

Master, et immédiatement après faisons click dans "Send commands to this instrument", dans l'onglet "Task Guide"

Fig. 5.1- Agilent connection Expert

3. La Figure 5.2 montre la fenêtre qui s’ouvre après avoir réalisé l'étape antérieure.Il nous reste seulement à copier les commandes nécessaires (voir 3.5.2) et faire click dans "Send".

Fig. 5.2- Commandes SCPI

44

6. Bibliographie

[1] Agilent Education, IQ Modulation, http://education.tm.agilent.com/ [2] John G. Proakis Digital Communications. McGraw-Hill, 3º Ed. 1995 [3] D. Roldán. Comunicaciones inalámbricas, un enfoque aplicado. Editorial Ra-Ma 2005, ISBN: 84-7897-621-3. [4] Yushi Shen, E. Martinez; Channel Estimation in OFDM Systems; Freescale Semiconductor Application Note; AN3059 Rev. 0, 1/2006 [5] Agilent Library, Manuals: Tests and Measurements, http://www.home.agilent.com/ [6] Alexis Paolo García Ariza,“Sistemas MIMO como alternativa para el control del efecto multitrayectoria y de la interferencia co-canal en sistemas de radio-comunicación”, Universidad de Santander, Colombia, 2004 [7] Alamouti, S.M..A simple transmit Diversity technique for gíreles Communications. En:IEEE j. on Selected Areas in Com. Vol. 16, No.8, (oct.1998);p 1451-1458 [8] IEEE 802.11 LAN/MAN Wireless LANS http://standards.ieee.org/getieee802/802.11.html [9] IEEE 802.11g. Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY). IEEE Standard, June 2003 [10] Oscar Fernández Fernández, “Caracterización Experimental y Modelado de Canal MIMO para aplicaciones WLAN y WMAN”, Universidad de Santander, May 2007. [11] Pierre-François MORLAT, “EVALUATION GLOBALE DES PERFORMANCES D'UN RECEPTEUR MULTI-ANTENNES, MULTI-STANDARDS ET MULTI-CANAUX”, INSA – Lyon, Dec. 2008 [12] Agilent Technologies ESG Family Signal Generators, and Agilent Technologies E4428C/38C ESG Signal Generators, User’s Guide: http://www.agilent.com/ [13] Mx2 MIMO (Two ESGs, One ARB) Receiver, http://wireless.agilent.com/wireless/helpfiles [14] David Ramírez García, “Plataforma Hardware MIMO”, sec. “E4438C ESG Signal Generator Setup (SCPI)”, Universidad de Cantarbia, España. 2005 [15] Rabih MOAWAD, “QoS dans les WPAN, WLAN et WMAN”, Decembre 2004