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Système de transmission OFDM, orthogonal frequency-division multiplexing 1 Tabl

Système de transmission OFDM, orthogonal frequency-division multiplexing 1 Table des matières 1. Introduction :.......................................................................................................................3 2. Définition d’un OFDM :......................................................................................................3 3. Principe de l’OFDM:...........................................................................................................4 4. Son fonctionnement :...........................................................................................................4 5. L’architecture de OFDM :...................................................................................................6 6. La modulation et Démodulation à multi-porteuses orthogonales (OFDM) :......................7 6.1. Modulation de l’OFDM :.................................................................................................7 6.2. Démodulation de l’OFDM :.............................................................................................9 7. Les applications de l'OFDM :..............................................................................................9 8. Les avantages et les inconvénients du système OFDM :...................................................10 8.1. Ses avantages :...................................................................................................................10 8.2. Ses inconvénients :.........................................................................................................11 9. Conclusion :.......................................................................................................................11 2 1. Introduction : Les systèmes de communication ont énormément évolué, particulièrement les systèmes sans fil. Ces dernières années, le besoin de transmission de données à haut débit est de plus en plus important. La technologie actuelle doit donc suivre l'évolution de la vitesse de transmission nécessaire. Plusieurs méthodes et techniques ont été développées pour faire face à ce problème. Afin d'obtenir des performances élevées dans un environnement à trajets multiples, où les conditions de propagation sont difficiles, les réseaux sans fil reposent sur la modulation multi porteuse (OFDM) qui est l'une des techniques de modulation multiporteuse (MCM) qui transmet des signaux via plusieurs porteuses. Ces porteuses (sous-porteuses) ont des fréquences différentes et sont orthogonales entre elles. Les techniques de multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence ont été appliquées aux communications avec et sans fil, telles que la ligne d'abonné numérique asymétrique (ADSL) et la norme IEEE 802.11. Cette technologie permet de répartir l'information sur un grand nombre de sous-porteuses, ce qui permet de créer des sous-canaux très étroits. Les conditions de propagation sur ces sous- canaux seront donc très favorables à la transmission. La distribution des symboles sur plusieurs sous-porteuses est la propriété la plus intéressante de la transmission OFDM. C'est cette propriété qui assure la robustesse contre l'étalement des délais par trajets multiples et qui réduit par conséquent le taux d'interférence entre les symboles transmis. 2. Définition d’un OFDM : Le multiplexage par répartition en fréquence orthogonale (OFDM) est un type de transmission numérique des signaux multiples simultanément sur une seule liaison de données, et une technique de codage des données numériques sur plusieurs fréquences porteuses. En effet, l’OFDM est une méthodologie de transmission de données dans laquelle un flux d'informations unique est réparti entre plusieurs fréquences de sous-canaux à bande étroite très rapprochées au lieu d'une seule fréquence de canal à large bande. Elle peut être utilisée dans des applications telles que la télévision numérique et la diffusion audio, l'accès Internet DSL, les réseaux sans fil, les réseaux de lignes électriques et les communications mobiles 4G/5G, mais peut également être employée dans les communications filaires et par fibre optique. 3 Figure1 : Multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM) 3. Principe de l’OFDM: Le principe de l'OFDM est de répartir le signal numérique à transmettre sur un grand nombre de sous-porteuses. Cela revient à combiner le signal à transmettre sur un grand nombre de systèmes de transmission indépendants (émetteurs, par exemple) à des fréquences différentes. Afin que les fréquences des sous-porteuses se rapprochent le plus possible et ainsi transmettre le maximum d'informations sur une portion donnée de fréquences, l'OFDM utilise des sous- porteuses orthogonales entre elles. Les signaux des différentes sous-porteuses se chevauchent, mais grâce à l'orthogonalité, ils n'interfèrent pas les uns avec les autres. 4. Son fonctionnement : OFDM s'appuie sur un multiplexage par répartition en fréquence (FDM) plus simple. Dans FDM, le flux de données total est divisé en plusieurs sous-canaux, mais les fréquences des sous-canaux sont plus espacées afin qu'elles ne se chevauchent pas ou n'interfèrent pas. Avec l'OFDM, les fréquences des sous-canaux sont proches les unes des autres et se chevauchent mais sont toujours orthogonales, ou séparées, en ce sens qu'elles sont soigneusement choisies et modulées de sorte que les interférences entre les sous-canaux soient annulées. En prenant cette figure comme un exemple : 4 Figure 2 : Différence entre OFDM et FDM La figure 2 ci-dessus présente deux courbes : La première présente le signal du multiplexage par répartition en fréquence (FDM) qui est une technologie qui permet de transmettre plusieurs signaux simultanément sur une seule voie de transmission, comme un câble ou un système sans fil. Chaque signal voyage dans sa propre gamme de fréquences (porteuse), qui est modulée par les données. Alors que la courbe 2 présente le signal du multiplexage par répartition orthogonale en fréquence L'OFDM combine les cinq signaux de manière à ce qu'ils soient orthogonaux les uns par rapport aux autres, quelle est la signification du mot orthogonal ? Le mot orthogonal signifie que deux ou plusieurs objets agissent indépendamment les uns des autres. Dans ce cas, tous les signaux voisins dans l'OFDM fonctionnent sans dépendance ou interférence les uns avec les autres, on va l’expliquer comment : Ces cinq signaux sont orthogonaux les uns par rapport aux autres, en concentrant sur le signal du milieu de couleur verte, lorsque le signal atteint son pic, le point le plus haut, ses quatre voisins, le bleu, le rouge, le rose et le bleu ciel sont à leur point 0, ou à zéro. Il en va de même pour les autres signaux. Par conséquent, l'orthogonalité signifie que les signaux sont multiplexés de manière à ce que le pic d'un signal se produise au niveau du zéro des autres signaux voisins. Comme montre la figure ci-dessus qu’au niveau de la courbe 2, l’y a une économie de bande passante par rapport à la courbe 1 (FDM) grâce à la technologie OFDM qui permet de la mieux utiliser, en offrant alors un taux de transmission des données plus élevé. 5 Il ‘y a un gain de bande passante qu'il génère. 5. L’architecture de OFDM : La technique OFDM est utilisée dans plusieurs normes de télécommunication. L'architecture d'un environnement basé sur la modulation OFDM est présentée dans la figure ci-dessous. Les données d'entrée sont codées au niveau de l'émetteur, avec les bits de parité générés, elles sont entrelacées et modulées en utilisant la modulation d'amplitude en quadrature (Q-QAM). Les symboles "pilotes" sont insérés pour aider le récepteur à l'estimation de l'état du canal (par exemple, trajets multiples, évanouissement, etc.). Cette séquence de symboles Q-QAM Xk (données, parité, pilotes) peut être complétée par une valeur appropriée formant un ensemble de valeurs d'entrée pour la transformée de Fourier discrète inverse (TDFI) qui génère les symboles temporels xn. Les symboles xn et les symboles Xk sont des nombres complexes. Les symboles temporels xn et Xk sont transmis sur le canal soit en mode bande de base, soit en les mélangeant avec une porteuse haute fréquence. Le préfixe cyclique (CP) est ajouté pour éviter le brouillage inter symbole (ISI) et le brouillage inter-porteuse (ICI). Un convertisseur numérique-analogique (DAC) de l'émetteur convertit les valeurs arithmétiques de la sortie IDFT et les symboles CP en un signal analogique qui sera envoyé sur le canal de communication. Une paire de DACs peuvent être utilisés pour convertir indépendamment les parties réelles et imaginaires de ces symboles. Bien que ce signal analogique peut être transmis sur une porteuse haute fréquence comme indiqué précédemment, les détails de ce cas ne seront pas traités car ils n'affectent pas la méthode de sous-échantillonnage proposée. Le canal ajoute bruit blanc gaussien additif (AWGN). L'évanouissement du canal, les trajets multiples, sources de bruit supplémentaires qui devraient être prises en considération pour une modélisation plus précise des canaux OFDM. Mais pour des raisons de simplicité, la technique de sous-échantillonnage proposée ne sera évaluée qu'en utilisant une large gamme de bruits AWGN sur le canal. Le récepteur peut extraire les parties réelles et imaginaires déformées par le bruit de canal xn par une paire de CAN après avoir ignoré la partie CP. Les symboles Xk sont récupérés à la sortie d'une DFT. Les symboles de remplissage et les pilotes sont supprimés et les symboles de données et de parité Q-QAM restants sont mappés en bits de données/parité et transmis à l'entrée du décodeur FEC. 6 Les blocs de préfixe cyclique, de suppression du CP et de suppression de la garde sont placés dans des cases en pointillé pour indiquer qu'ils ne joueront pas un rôle important dans le décodeur FEC. Figure 3 : Architecture du système OFDM 6. La modulation et Démodulation à multi-porteuses orthogonales (OFDM) : 6.1. Modulation de l’OFDM : Les modulations multiporteuses sont les plus répandues et les plus intéressantes. Elles permettent de diviser la bande allouée en plusieurs sous-bandes étroites, et de transmettre des données en parallèle sur chacune de ces sous-porteuses. En particulier, l'OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) est une modulation multiporteuse dite "orthogonale" très utilisée dans les applications de communication avec et sans fil, puisqu'elle garantit de très bonnes performances et permet une complexité relativement faible. 7 Figure 4.a : Schéma fonctionnel principal de la modulation OFDM Comme le montre la figure 4.a, le flux de données d'entrée est converti en N flux de données parallèles via un port série/parallèle. La durée des données est allongée de N fois. La conversion série/parallèle est illustrée à la figure 4.b. Figure 4.b : 8 6.2. Démodulation de l’OFDM : Figure 5 : Récepteur uploads/Management/ projet 7 .pdf