Etude de la synchronisation temporelle dans les systèmes MIMO-OFDM appliqués aux réseaux ...

177 Pages·2017·2.72 MB·French

by  Ali Rachini

Etude de la synchronisation temporelle dans les
syst`emes MIMO-OFDM appliqu´es aux r´eseaux mobiles
Ali Rachini
To cite this version:
Ali Rachini. Etude de la synchronisation temporelle dans les syst`emes MIMO-OFDM appliqu´es
aux r´eseaux mobiles. R´eseaux et t´el´ecommunications [cs.NI]. INSA de Rennes, 2014. Fran¸cais.
<NNT : 2014ISAR0001>. <tel-01083606>
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THESE INSA Rennes présentée par
sous le sceau de l’Université européenne de Bretagne en
Ali RACHINI
cotutelle avec l’Université Libanaise

pour obtenir le titre de
ECOLE DOCTORALE : Matisse
DOCTEUR DE L’INSA DE RENNES
LABORATOIRE : IETR
Spécialité : Electronique et Télécommunications
Etude de la synchronisation
Thèse soutenue le 26.02.2014
devant le jury composé de :
temporelle dans les
Régis LENGELLE
systèmes MIMO-OFDM Professeur à l’Université Technologie de Troyes / président

Françoise PALADIAN
appliqués aux réseaux Professeur à l’Université Blaise-Pascal / rapporteuse
Joumana FARAH
mobiles Professeur à l’Université Saint-Esprit de Kaslik / rapporteuse
Ghaïs EL ZEIN
Professeur à l’INSA de Rennes / examinateur
Bilal BEYDOUN
Professeur à l’Université Libanaise / Directeur de thèse
Fabienne NOUVEL
Maître de Conférences, HDR, à l’INSA de Rennes / Directrice de thèse
Etude de la synchronisation temporelle dans
les systèmes MIMO-OFDM appliqués aux
réseaux mobiles

Ali RACHINI

En partenariat avec

Document protégé par les droits d’auteur
REMERCIEMENTS
Au terme de ce travail, je voudrais adresser une pensée à tous ceux qui, de
quelque manière que ce soit, par un conseil, une idée, un coup de main ou, tout
simplementleuramitié,m’ontaidéeàleréaliser.
Ce travail de recherche est le fruit d’une convention en cotutelle entre l’Uni-
versité Libanaise et l’INSA de Rennes. La présente étude a été réalisée au sein
du Laboratoire IETR de l’INSA de Rennes du coté français et le groupe GET de
l’universitéLibanaiseducotélibanais.
Jetiensàexprimermessincèresremerciementsàmondirecteurdethèsemon-
sieur Bilal BEYDOUN, professeur à la faculté des sciences de l’université Liba-
naise qui m’a accueilli dans son laboratoire et qui m’a donné l’opportunité d’ef-
fectuer ce travail, de ses conseils scientifiques tout au long de la thèse, sa grande
disponibilité,cesencouragementsetdelaconfiancequ’ilm’aaccordée.
Je remercie vivement ma directrice de thèse, Mme. Fabienne NOUVEL, pro-
fesseuràl’INSAdeRennes,d’avoirassuréladirectiondecetravail,etdem’avoir
apporté la rigueur scientifique nécessaire à son bon déroulement, je tiens égale-
mentàleremercierdesagentillesseetsagrandedisponibilité.Lepartagedel’en-
sembledesesconnaissancesm’atoujourspermisdetravaillerdanslesmeilleures
conditions.
Je ne sais comment exprimer ma gratitude à ces deux personnes autrement
qu’en leur promettant d’agir comme eux avec des étudiants dans ma situation, si
unjourl’occasionm’enestdonnée.
Je tiens particulièrement à exprimer mes plus vifs remerciements à monsieur
GhaisEL-ZEIN,professeuràl’INSAdeRennes,pourlagentillessequ’ilamani-
festéeàmonégarddurantcettethèseetpourtouslesconseils.Jetiensàremercier,
MonsieurRégisLENGELLE,directeurdel’écoledoctoraleàl’universitédetech-
nologiedeTroyes,d’avoirparticipéàcejury,entantqueprésident.
JeremercievivementMme.FrançoisePALADIAN,directricedel’EcoleDoc-
toraledesSciencesPourl’Ingénieur(EDSPI)deClermontFerrand,etMme.Jou-
mana FARAH, professeur à l’université Saint-Esprit de Kaslik (USEK), qui ont
accepté d’être les rapporteuses de cette thèse, et je les en remercie, de même que
pourleurparticipationaujury.Ellesontégalementcontribuéparleursnombreuses
remarques et suggestions à améliorer la qualité de ce mémoire, et je leur en suis
trèsreconnaissant.
Je remercie tous les membres du laboratoire IETR, groupe GET, INSA et
EDST.
Ces remerciements ne seraient pas complets sans mentionner le soutien et les
encouragements fournis tout au long de ces années par mes amis et mes proches.
Unmercitoutparticuliervaàmesparentspourleuraideprécieuseàlafinalisation
decetravail,bienentendumamère,mesfrères,messœursetmafiancée,Mariam.
Table des matières
Page
Listedestableaux v
Tabledesfigures x
Acronym xiii
Notation xvi
I IntroductionGénérale 1
II Systèmesmulti-porteusesetmulti-antennes 7
II.1 LatechniqueOFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
II.1.1 Chaînedetransmissiond’unsystèmeOFDM . . . . . . . 12
II.1.2 ExpressiondusignalOFDM . . . . . . . . . . . . . . . . 14
II.1.3 Préfixecyclique(CP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
II.1.4 Avantagesetinconvénientsdel’OFDM . . . . . . . . . . 17
II.1.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
II.2 LatechniqueMIMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
II.2.1 PrincipedelatechniqueMIMO . . . . . . . . . . . . . . 19
II.2.2 Codagetemps-espace(STC) . . . . . . . . . . . . . . . . 21
II.2.2.1 Lecodetemps-espaceenblocs(STBC) . . . . . 21
II.2.2.2 Lescodestemps-espaceentreillis(STTC) . . . 23
II.3 LacombinaisonMIMO-OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
II.3.1 CanalMIMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
II.3.2 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
II.4 Lasynchronisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
II.4.1 Lasynchronisationfréquentielle . . . . . . . . . . . . . . 29
II.4.1.1 Le décalage de la fréquence porteuse (Carrier
FrequencyOffset(CFO)) . . . . . . . . . . . . 29
II.4.1.2 Etudes antérieures sur la synchronisation fré-
quentielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
II.4.2 Lasynchronisationtemporelle . . . . . . . . . . . . . . . 32
II.4.2.1 Etudes antérieures sur la synchronisation tem-
porelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
II.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
III Séquencesdesynchronisation 47
III.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
III.2 Lesdifférentesséquencesexistantes . . . . . . . . . . . . . . . . 49
III.2.1 Séquencespseudo-aléatoires(PseudoNoiseSequence(PN)) 50
III.2.2 LesséquencesdeGold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
III.2.2.1 FonctionsdecorrélationdesséquencesdeGold 53
III.2.3 LesséquencesdeWalsh-Hadamard . . . . . . . . . . . . 55
III.2.4 Les séquences CAZAC (Constant Amplitude Zero Auto-
Correlation) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
III.2.5 LesséquencesTCH(Tomlinson,CercasandHughes) . . . 61
III.2.6 LesséquencesZCZ(ZeroCorrelationZone) . . . . . . . 62
III.3 Critèrespoursélectionneruneséquenceparticulière . . . . . . . . 65
III.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
IV Lesméthodesproposées 73
IV.1 Systèmedetransmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
IV.1.1 Modélisationducanaldepropagation . . . . . . . . . . . 77
IV.1.2 Modélisationdusignalreçu . . . . . . . . . . . . . . . . 77
IV.2 Lestechniquesproposéespourlasynchronisationtemporelle . . . 78
IV.2.1 Méthodesdepréambulecourt(Générationdansledomaine
temporel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
IV.2.1.1 Premièrestructuredepréambulecourt(Pr_Court_1) 78
IV.2.1.2 Deuxièmestructuredepréambulecourt(Pr_Court_2) 80
IV.2.1.3 Algorithmededétectiondepicdesynchronisation 81
IV.2.2 Méthodes de préambule compact (Génération dans le do-
mainefréquentiel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
IV.2.2.1 Premièrestructuredepréambulecompact(Pr_Compact_1) 84
IV.2.2.2 Deuxièmestructuredepréambulecompact(Pr_Compact_2) 87
IV.2.2.3 Troisièmestructuredepréambulecompact(Pr_Compact_3) 90
IV.2.2.4 Quatrièmestructuredepréambulecompact(Pr_Compact_4) 93
IV.2.2.5 Algorithmededétectiondepicdesynchronisation 96
IV.2.3 Méthodesdezéropadding . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
IV.2.3.1 Premièrestructuredezéropadding(Z_Pad_1) 98
IV.2.3.2 Deuxièmeméthodedezéropadding(Z_Pad_2) 102
IV.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
V Lesrésultatsdesimulation 109
V.1 Simulationdesméthodesdepréambulecourt . . . . . . . . . . . 110
V.1.1 Paramètresdesimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
V.1.2 RésultatsdesimulationsdePr_Court_1 . . . . . . . . . 111
V.1.2.1 Simulationaveclesséquencesd’Hadamard . . . 112
V.1.2.2 Simulationavecd’autresséquences . . . . . . . 113
V.1.3 RésultatsdesimulationsdePr_Court_2 . . . . . . . . . 116
V.2 Simulationdesméthodesdepréambulecompact . . . . . . . . . . 119
V.2.1 Paramètresdesimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
V.2.2 Résultatsdesimulationsdelaméthodedepréambulecom-
pact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
V.2.2.1 RésultatsdesimulationsdePr_Compact_1 . . 122
V.2.2.2 RésultatsdesimulationsdePr_Compact_2 . . 125
V.2.2.3 RésultatsdesimulationsdePr_Compact_3 . . 129
V.2.2.4 RésultatsdesimulationsdePr_Compact_4 . . 132
V.2.3 Lesperformancesdelaméthodedepréambulecompact . 134
V.3 Résultatsdesimulationsdesméthodesdezéropadding . . . . . . 137
V.3.1 RésultatsdesimulationsdeZ_Pad_1 . . . . . . . . . . . 137
V.3.2 RésultatsdesimulationsdeZ_Pad_2 . . . . . . . . . . . 140
V.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
VI Conclusionsetperspectives 149
VI.1 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
VI.2 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Listedepublications 153
Liste des tableaux
III.1 Comparaisonentrelesdifférentesséquencesdesynchronisation . 67
V.1 Paramètresdesimulationdelaméthodedepréambulecourt . . . . 110
V.2 Puissancemoyenneetdélaiducanaldepropagation(méthodesde
préambulecourt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
V.3 Paramètresdesimulationsdeméthodesdepréambulecompact . . 120
V.4 Puissance moyenne du canal de Rayleigh à trajets multiples (mé-
thodesdepréambulecompact) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
V.5 Comparaison de la probabilité d’acquisition avec différents sys-
tèmes MIMO-OFDM et différentes longueurs de FFT de la mé-
thodeZ_Pad_1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
V.6 Comparaisondelaprobabilitéd’acquisitiondedifférentssystèmes
MIMO-OFDM et différentes longueurs de FFT de la méthode
Z_Pad_2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143