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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Mémoire Présenté A L’UNIVERSITÉ DE TLEMCEN FACULTÉ DE TECHNOLOGIE DÉPARTEMENT DE TELECOMMUNICATION Pour l’obtention du diplôme de MASTER Spécialité : “ Réseaux et Systèmes de Télécommunication ” Présenté par : DAOUD Khedidja SIMULATION COMPARATIVE DES TECHNIQUES FBMC ET OFDM POUR LES RESEAUX 5G Soutenu en Juin 2016 devant le Jury : BOUACHA.A Maitre de conférences (A) à l’université de Tlemcen Président BAHRI S.M Maitre de conférences (B) à l’université de Tlemcen Examinateur BENDIMERAD F.T Professeur à l’université de Tlemcen Encadreur BENDIMERAD M.Y Docteur à l’université de Tlemcen Co- Encadreur Je dédie ce travail à : A mes très chers parents Aucune dédicace ne peut être assez éloquente pour exprimer ce qu’ils méritent pour tous les sacrifices qu’ils n’ont cessés de me donner depuis ma naissance. Je leur souhaite une bonne santé et une longue vie. A ma sœur, Fatiha A mon frère, Abdelkader,Badroddine,Zohirn, Fethi A toute ma famille, je dédie ce travail dont sa réussite leurs revient en premier lieu pour leurs conseils et leurs encouragements. Aux personnes qui m’ont toujours aidé et encouragé, qui étaient toujours à mes côtés, mes aimables collègues d’études. À mes chers amis(e), Abdelnasser, Wafaa et Djanet Rass l9asse7 et Amina, Nassima Abderrahmen, Salima, Karim Qu’ils trouvent ici l’expression de toute ma reconnaissance DAOUD Khedidja II REMERCIEMENTS Je remercie le dieu le tout puissant de m’avoir donné la force et m’accordé patience pour achever ce travail. Ce travail a été encadré par Mr le Professeur BENDIMERAD F.T et le doctorant Mr BENDIMERAD M.Y, que je remercie vivement de m’avoir accueilli au sien de cette structure de recherche. Je leur transmets l’expression de ma reconnaissance et de ma plus profonde gratitude. Nos remerciements les plus vifs s’adressent aussi à Mr BOUACHA.A maitre de conférence classe (A) à l’Université de Tlemcen, d’avoir accepté de présider ce travail, ainsi que Mr BAHRI S.M maitres de conférences de classe (B) à l’université de Tlemcen d’avoir bien voulu faire partie de ce jury et examiner ce travail. Enfin, je remercie tous ceux qui ont participé de prêt ou de loin à la concrétisation de ce travail. III Résumé Les Multi-porteuses sont des techniques très attractives pour le développement des systèmes de communication sans fil modernes tels que la 5ème génération (5G). En dépit de leurs nombreux avantages, le système OFDM souffre de quelques inconvénients. Les bancs de Filtre multi porteuses (FBMC) basés sur la théorie du banc de filtres. Ce travail a pour principal objectif l’étude d’une modulation multi porteuse alternative à l’OFDM et connue actuellement sous le nom FBMC, ou encore, en relation avec ses réalisations sous forme de bancs de filtres, par l’acronyme FBMC/OQAM. Une première différence importante entre l’OFDM et cette variante est liée à la modulation OQAM, qui introduit un décalage temporel entre la partie réelle et imaginaire des symboles de données complexes à transmettre, Les différents résultats ont été simulés en employant le logiciel MATLAB. Mots clé : 5G, OFDM, FBMC, OQAM. ABSTRACT Multi-carriers are very attractive techniques for the development of modern wireless communication systems such as the 5th generation (5G). Despite their many advantages, the OFDM system suffers from some disadvantages. Filter Bank multi-carriers (FBMC) based on theory of filter bank. This work has as main objective the study of an alternative multi-carriers modulation OFDM and currently known as FBMC, or in connection with his achievements as a filter bank, the acronym FBMC / OQAM. A first important difference between OFDM and this variation is related to modulation OQAM, which introduces a time lag between the real and imaginary part of complex data symbols to be transmitted, Different results were simulated using MATLAB software Key words: 5G, OFDM, FBMC, OQAM. liste des acronymes IV A ARQ Automatic Repeat Request ADSL Asynchronous Digital Subscriber Line AFB Analysis Filter Banc C CMFB Cosine Modulation Filter Bank CP Cyclic Prefix CB Coherent Band D DFT Discrete Fourier Transforms DAB Digital Audio Broadcasting DVB-T Digital Video Broadcasting Terrestrial E EBMC Exponociel Banc Modulation Filter EQM Erreur Quadratique Moyenne F FES Forward Error Correction FBMC Filter Banc Modulation Carrier FIR Finie Impulce Reponce G GDFT Generale Discrete Fourier Transform I ISI Interférence Inter Symbole IIR Infinie Impulse Reponce K KSP Known Symbol Padding N NPR Near Perfect Reconstruction liste des acronymes V M MTC Multi-Tone Channel O OQAM Offset QAM OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing P PAPR Peak to Average Power Ratio PAM Pulse Amplitude Modulation PR Perfect Reconstruction Q QAM Quadrature Amplitude Modulation R RSB Rapport Signal sur Bruit S SBMC Sinus Banc Modulation Filter SFB Banc de Filtre de Synthèse T TFFI Transformer Fourier Fast Inverse TEB Taux Erreur Binaire Z ZP Zero Padding Table des matières VI Dédicace …………………………………………………….….......................................................I Remerciement…………………………………………………………………………….…….......II Résumé………………………………………………………………………………………….....III Liste des acronymes…………………………………………………………………………….....IV Table des matières……………………………………………………………………….………..VI Liste des figures………………………………………………………………………….……..VIII Introduction générale……………………………………...………………………………………..1 Chapitre I Introduction sur La technique de la modulation OFDM I. 1 Introduction .............................................................................................................................................. 2 I. 2 Les systèmes de transmission numériques ................................................................................................ 2 I. 3 Architecture d’une chaine de transmission numérique ............................................................................. 2 I. 4 Description des phénomènes physiques dans un canal ............................................................................. 4 I.4. 1 Phénomènes à grande échelle ............................................................................................................ 5 I.4. 2 Phénomènes à petite échelle .............................................................................................................. 5 I.4. 3 Le bruit additif (thermique, radiations,…) ......................................................................................... 6 I. 5 Caractéristiques du canal de transmission ................................................................................................ 7 I.5. 1 La dispersion des retards .................................................................................................................... 7 I.5. 2 La dispersion fréquentielle ................................................................................................................. 8 I. 6 Modulation mono porteuses ...................................................................................................................... 9 I. 7 Modulation multi-porteuses ...................................................................................................................... 9 I. 8 Conclusion .............................................................................................................................................. 10 Chapitre II Introduction sur La technique de la modulation OFDM II. 1 Introduction ........................................................................................................................................... 11 II. 2 Problématique ........................................................................................................................................ 11 II. 3 Principe et fonctionnement de l’OFDM ................................................................................................ 12 II.3. 1 Principe de la de modulation .......................................................................................................... 13 II.3. 2 Principe de la démodulation ........................................................................................................... 14 II. 4 L’Orthogonalité ..................................................................................................................................... 15 II. 5 Intervalle de garde ................................................................................................................................. 15 II. 6 Implémentation numérique .................................................................................................................... 17 II.6. 1 Implémentation numérique du séquence de modulation ................................................................ 17 II.6. 2 Implémentation numérique du séquence de demodulation............................................................. 18 Table des matières VII II. 7 Avantages et inconvénients de l’OFDM................................................................................................ 19 II. 8 Conclusion ............................................................................................................................................. 19 Chapitre III Introduction sur La technique de la modulation FBMC III. 1 Introduction .......................................................................................................................................... 20 III. 2 Bancs des filtres ................................................................................................................................... 20 III. 3Banc de filtre multi cadence .................................................................................................................. 21 III.3. 1 L’opérations de base du taux variables ......................................................................................... 21 III.3. 2Les relations de transfert ................................................................................................................ 24 III.3. 3L’identité multi cadence ................................................................................................................. 25 III. 4 La Modulation du banc de filtre ........................................................................................................... 26 III.4. 1 Banc de filtre à modulation cosinus et sinus CMFB et SMFB ..................................................... 26 III.4. 2 Banc de filtre à modulation exponentielle EMFB ......................................................................... 27 III. 5 Chaine de transmission de la FBMC ................................................................................................... 28 III.5. 1 Principe de la modulation .............................................................................................................. 28 III.5. 2 Principe de la démodulation .......................................................................................................... 29 III.5.2. 1 La modulation FBMC/OQAM ................................................................................. 29 III. 6 Les Avantages et les inconvénients de la modulation FBMC ............................................................. 31 III. 7 Conclusion ........................................................................................................................................... 31 Chapitre IV Les Résultats IV. 1 Introduction .......................................................................................................................................... 32 IV. 2 Matlab .................................................................................................................................................. 32 IV. 3 Simulation de la technique de modulation OFDM et calcul BER=f(SNR) ........................................ 32 IV.3. 1 Description détaillé concernent le programme de la modulation OFDM ..................................... 32 IV.3. 2 Etude des cas différent pour la modulation OFDM ...................................................................... 33 IV.3.2.1 Le cas sans l’évanouissement et l’estimation de canal............................................. 34 IV.3.2. 1 Le cas avec l’évanouissement et L'estimation de canal .......................................... 41 IV.3.2. 2 Comparaison de BER pour trois choix du nombre de porteuses N .......................... 46 IV. 4 Simulation de la technique de modulation FBMC dans un canal gaussien ........................................ 48 IV.4. 1 Description détaillé sur le programme de la modulation FBMC .................................................. 48 IV.4. 2 les résultats d’exécution de programme FBMC ............................................................................ 49 IV.4.2.1 Le cas sans l’évanouissement et l'estimation de canal ............................................. 50 Table des matières VIII IV.4.2.2 Le cas avec l’évanouissement et l'estimation de canal ............................................ 51 IV.4. 3 Comparaison entre les filtres utilisés ............................................................................................ 53 IV.4.3. 1 : Comparaison entre la modulation FBMC et l’OFDM ........................................... 54 IV. 5 Conclusion ........................................................................................................................................... 55 Conclusion générale ……………………………………………………………………...………………56 Bibliographie …………………………………………………………………………………….57 Liste des figures IX Figure I. 1 : Schéma simplifié d’un système de transmission numérique ......................................... 3 Figure I. 2 : Fluctuations à petite et à grande échelles de la réponse du canal .................................. 5 Figure I. 3 : Interaction de l’onde électromagnétique avec son milieu ............................................. 6 Figure I. 4: schéma détaillé d’un canal de transmission radio. ......................................................... 6 Figure II. 1: Influence du multi trajet sur l’interférence inter symboles ......................................... 12 Figure II. 2 : Effet de canal sur la technique OFDM ....................................................................... 13 Figure II. 3 : Schéma de la modulation OFDM ............................................................................... 14 Figure II. 4 : Schéma du principe du démodulateur OFDM. .......................................................... 15 Figure II. 5 : Spectre en sortie du modulateur OFDM. ................................................................... 15 Figure II. 6 : Intervalle de garde ...................................................................................................... 16 Figure II. 7: Les différents intervalles de garde .............................................................................. 17 Figure II. 8 : la modulation OFDM numérique ............................................................................... 18 Figure II. 9: la démodulation OFDM numérique ............................................................................ 19 Figure III. 1: Un uploads/Geographie/ ms-tel-daoud.pdf