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Présenté par : KWATE KWATE Rodrigues NOAH Jean Daniel FOIDIENG KENTSA Narcisse

Présenté par : KWATE KWATE Rodrigues NOAH Jean Daniel FOIDIENG KENTSA Narcisse MEWE NJOCK Donald GOUDI BAMBOURBO Audrey Etudiants MASTER 2 TELECOMMUNICATIONS Direction Of Arrivals (DOA) et Formation des faisceaux : cas ESPRIT Direction Of Arrivals (DOA) et Formation des faisceaux : cas ESPRIT Sous la Supervision : Dr VIDEME BOSSOU OLIVIER Chef du département INFOTEL PLAN DE L’EXPOSE 2 Introduction Introduction Quelques Définitions Quelques Définitions Contexte et Problématique Contexte et Problématique Approche DOA: ESPRIT Approche DOA: ESPRIT Simulation Simulation Perspectives Perspectives Conclusion Conclusion Bibliographie Bibliographie INTRODUCTION 3 L’essor des communications sans fil entraine une grande attention à l’utilisation d’antennes intelligentes dans le but d’améliorer: L’essor des communications sans fil entraine une grande attention à l’utilisation d’antennes intelligentes dans le but d’améliorer: La couverture La couverture Augmenter la capacité du système Augmenter la capacité du système De réduire l’interférence entre canaux. De réduire l’interférence entre canaux. Ceci est obtenu en focalisant l’onde transmise en direction du destinataire. Ce qui nécessite de l’avoir préalablement localisé, d’où notre objectif . Ceci est obtenu en focalisant l’onde transmise en direction du destinataire. Ce qui nécessite de l’avoir préalablement localisé, d’où notre objectif . PLAN DE L’EXPOSE 4 Introduction Introduction Quelques Définitions Quelques Définitions Contexte et Problématique Contexte et Problématique Approche DOA: ESPRIT Approche DOA: ESPRIT Simulation Simulation Perspectives Perspectives Conclusion Conclusion Bibliographie Bibliographie QUELQUES DÉFINITIONS 5 Réseau d’antennes : Ensemble d'antennes identiques séparées et alimentées de façon synchrone Antenne intelligente: Antenne qui rayonne le plus efficacement possible vers les sources DOA: Direction of Arrivals Beamfoming : La formation de voies MUSIC: MUltiple SIgnal Characterisation ESPRIT : Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques Diagramme de rayonnement: distribution spatiale de l’énergie rayonnée par une antenne Réseau linéaire uniforme (ULA) : Ensemble d’éléments capteurs identiques places entre eux régulièrement espacés suivant une disposition en une dimension APA: Antenne Plane Adaptative DSP: Digital Signal Processor LMS: Least Mean Square MATLAB: MATrix LABoratory TDMA: Time Divison Multiple Access FDMA: Frequency Division Multiple Access CDMA: Code Division Multiple Access PLAN DE L’EXPOSE 6 Introduction Introduction Quelques Définitions Quelques Définitions Contexte et Problématique Contexte et Problématique Approche DOA: ESPRIT Approche DOA: ESPRIT Simulation Simulation Perspectives Perspectives Conclusion Conclusion Bibliographie Bibliographie CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUE 7 Contexte Présentation Réseaux d’antennes Système de traitement du signal Système d’adaptation CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUE 8 Contexte Principales Applications Localisation et navigation aérienne Réduction d’interférence par antenne adaptative CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUE 9 Contexte Notion de Réseaux d’antennes Réseau linéaire Réseau planaire adaptative Réseau circulaire CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUE 10 Contexte Principales approches Pour envoyer un faisceau de rayonnement suivant la ou les directions des signaux utiles au détriment de celles des interférents. Cela nécessite la connaissance : Pour envoyer un faisceau de rayonnement suivant la ou les directions des signaux utiles au détriment de celles des interférents. Cela nécessite la connaissance : CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUE 11 Contexte Objectif : Approche DOA Principe Principe Détermination des directions d’arrivée des différents signaux incidents Détermination des directions d’arrivée des différents signaux incidents Pondération pour détection de la ou des directions du signal utile Pondération pour détection de la ou des directions du signal utile Formation conséquente du faisceau. Formation conséquente du faisceau. CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUE 12 Contexte Objectif : Approche DOA Les algorithmes de DOA Les algorithmes de DOA Cette méthode fera l’objet de notre travail par la suite Cette méthode fera l’objet de notre travail par la suite CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUE 13 Problématique 1-Dans les réseaux mobiles actuels, Comment garantir à la fois un débit important et la mobilité de l’utilisateur , sachant que les ressources sont limités ? 1-Dans les réseaux mobiles actuels, Comment garantir à la fois un débit important et la mobilité de l’utilisateur , sachant que les ressources sont limités ? 2-Comment peut-on combiner plusieurs antennes en réception pour améliorer au mieux le signal ? 2-Comment peut-on combiner plusieurs antennes en réception pour améliorer au mieux le signal ? CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUE 14 Problématique Comment distinguer les sources des bruits ? Comment distinguer les sources des bruits ? S I S I S: Sources I: Interférents CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUE 15 Problématiqu e Comment appliquer directement les pondérations adéquates pour diriger le faisceau vers l’utilisateur ? Comment appliquer directement les pondérations adéquates pour diriger le faisceau vers l’utilisateur ? PLAN DE L’EXPOSE 16 APPROCHE DOA : ESPRIT 17 APPROCHE DOA : ESPRIT 18 Matrice Incidente Matrice Incidente Soit un réseau linéaire de M antennes identiques, isotropes et uniformément espacées de /2 d λ = . Ce réseau reçoit K signaux parfaitement décorrélés avec les angles d’incidences ,k θ k = 1..K. APPROCHE DOA : ESPRIT 19 Matrice Incidente Matrice Incidente Le vecteur d’observation à la sortie du réseau s’exprime sous la forme : Composantes du du vecteur d’observation N0(t)=σ2IMs APPROCHE DOA : ESPRIT 20 ESPRIT en Générale ESPRIT en Générale L’algorithme ESPRIT exploite la propriété de l’invariance par translation du réseau d’antennes ou la propriété de l’invariance rotationnelle de l’espace signal pour estimer les directions d’arrivée. L’algorithme ESPRIT exploite la propriété de l’invariance par translation du réseau d’antennes ou la propriété de l’invariance rotationnelle de l’espace signal pour estimer les directions d’arrivée. Le principe d’ESPRIT repose sur la décomposition du réseau initial en deux sous réseaux identiques, l’un est obtenu par translation de l’autre. Le principe d’ESPRIT repose sur la décomposition du réseau initial en deux sous réseaux identiques, l’un est obtenu par translation de l’autre. Deux Sous-réseaux ULA non colinéaires distance entre les capteurs au sein d’une paire est égale à Dsr Les éléments encerclés dénotent des paires du réseau. Valeur d: distance entre les capteurs d’un même sous réseau un réseau ULA composé de 8 antennes---->deux sous-réseaux en sélectionnant les 4 éléments d’ordre impair et les 4 éléments d’ordre pair un réseau ULA composé de 8 antennes----> deux sous réseaux sont obtenus en sélectionnant les 7 premiers et les 7 derniers éléments du réseau ULA. APPROCHE DOA : ESPRIT 21 Algorithme détaillé d’ESPRIT Algorithme détaillé d’ESPRIT Extraction du vecteur signal X. Le calcul de la matrice de covariance Rxx à partir de la matrice d’observations X du réseau entier SVD de Rxx et génération de Es et En La séparation en sous réseaux à invariance de translation de l’espace signal La décomposition en valeurs et vecteurs propres de la matrice Détermination de s angles d’arrivées (Ψ - λI)X = 0 APPROCHE DOA : ESPRIT 22 BEAMFORMING CORRESPONDANT BEAMFORMING CORRESPONDANT Le facteur de réseau permet de calculer le diagramme de rayonnement lorsque les poids des différents éléments d’antennes sont connus. Focaliser le rayonnement suivant des directions (ø0,θ0) privilégiées revient alors à ajuster les différent poids Le facteur de réseau permet de calculer le diagramme de rayonnement lorsque les poids des différents éléments d’antennes sont connus. Focaliser le rayonnement suivant des directions (ø0,θ0) privilégiées revient alors à ajuster les différent poids Il est noté AF (en anglais Array Factor). Il est obtenu par la formule: Il est noté AF (en anglais Array Factor). Il est obtenu par la formule: Le facteur de réseau AF(ø,θ) = WH.A (ø,θ) APPROCHE DOA : ESPRIT 23 BEAMFORMING CORRESPONDANT BEAMFORMING CORRESPONDANT Le facteur de réseau Sa valeur normalisée (Normalized Array Factor) est : APPROCHE DOA : ESPRIT 24 BEAMFORMING CORRESPONDANT BEAMFORMING CORRESPONDANT Le beamformer conventionnel(1/2) Son code matlab est le suivant : beamconv.m APPROCHE DOA : ESPRIT 25 BEAMFORMING CORRESPONDANT BEAMFORMING CORRESPONDANT Le beamformer conventionnel(1/2) Considérons un réseau 9x9 qui doit envoyer le faisceau suivant l’utilisateur placé en 90° et l’annuler suivant les deux autres, interférents. Courbe lineéaire, direction 90° Courbe polaire, direction 90° Courbe logarithmique, 90° PLAN DE L’EXPOSE 26 Introduction Introduction Quelques Définitions Quelques Définitions Contexte et Problématique Contexte et Problématique Approche DOA: ESPRIT Approche DOA: ESPRIT Simulation Simulation Conclusion Conclusion Perspectives Perspectives Bibliographie Bibliographie SIMULATION 27 IMPLEMENTATION SOUS MATLAB 7/18/17 28 Le signal incident au point de référence (1/4) Le signal incident au point de référence (1/4) sl(t) = ml(t)ej(2πf0t) ouù ml(t) est la fonction complexe de modeélisation. Elle deépend de la technique de modulation utiliseée dans le systeùme. ouù ml(t) est la fonction complexe de modeélisation. Elle deépend de la technique de modulation utiliseée dans le systeùme. En geéneérale ml(t) est modeéliseée par un filtre passe bas complexe de moyenne nulle et de variance eégale aù la puissance de la source eémettrice. En geéneérale ml(t) est modeéliseée par un filtre passe bas complexe de moyenne nulle et de variance eégale aù la puissance de la source eémettrice. Dans notre travail, nous avons consideéreé que nous sommes dans le cas d’un systeùme CDMA Dans notre travail, nous avons consideéreé que nous sommes dans le cas d’un systeùme CDMA IMPLEMENTATION SOUS MATLAB 7/18/17 29 Pour un systeùme CDMA, ml(t) est donneé par: Pour un systeùme CDMA, ml(t) est donneé par: mℓ(t) = dℓ(t)*g(t) ouù dℓ(t) est la seéquence du message et g(t) une seéquence pseudo- aleéatoire binaire du bruit prenant les valeurs +1 ou -1. ouù dℓ(t) est la seéquence du message et g(t) une seéquence pseudo- aleéatoire binaire du bruit prenant les valeurs +1 ou -1. Sous MATLAB, dl(t) et g(t) sont modeéliseés par deux matrices LXN uploads/Management/ direction-of-arrivals-doa-et-formation-des-faisceaux-cas-esprit 1 .pdf