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UNIVERSITÉ DU QUÉBEC MÉMOIRE PRÉSENTÉ À L'UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À TROIS-RIVIÈRES

UNIVERSITÉ DU QUÉBEC MÉMOIRE PRÉSENTÉ À L'UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À TROIS-RIVIÈRES COMME EXIGENCE PARTIELLE DE LA MAÎTRISE EN GÉNIE ÉLECTRIQUE PAR FRANÇOIS NOUGAROU STRUCTURE D'ÉGALISATION POUR L'ADSL G .DMT, TECHNOLOGIE DE TRANSMISSION À HAUTE VITESSE AOÛT 2004 Université du Québec à Trois-Rivières Service de la bibliothèque Avertissement L’auteur de ce mémoire ou de cette thèse a autorisé l’Université du Québec à Trois-Rivières à diffuser, à des fins non lucratives, une copie de son mémoire ou de sa thèse. Cette diffusion n’entraîne pas une renonciation de la part de l’auteur à ses droits de propriété intellectuelle, incluant le droit d’auteur, sur ce mémoire ou cette thèse. Notamment, la reproduction ou la publication de la totalité ou d’une partie importante de ce mémoire ou de cette thèse requiert son autorisation. , ''A ma mère, mon père et ma soeur" REMERCIEMENTS Cette expérience enrichissante fut possible grâce à mon directeur de recherche, Pr. Daniel Massicotte, en acceptant de diriger ma maîtrise. En effet il m'offrit la chance d'intégrer le laboratoire des Signaux et Systèmes Intégrés et de collaborer avec la société de recherche en télécommunication, Axiocom. Je le remercie également pour son aide financière durant ces deux années d'étude. Tout mon plus grand respect demeure pour Messaoud Ahmed Ouameur et Adel-Omar Dahmane qui ont su faire preuve à mon égard d'écoute, de bonne humeur et de patience. Leurs conseils et connaissances furent primordiaux à mon apprentissage, ma compréhension et au bon avancement de mon projet. Je souligne également l'aide et le soutien qui m'ont été offerts par Hugues Paquin lors de notre collaboration. Et je n'oublie pas mes autres collègues du LSSI avec lesquels il fut un plaisir de partager, dans une bonne ambiance, ces journées de travail. Je remercie Annie Pellerin, qui m'a épaulé, encouragé et conseillé, ainsi que sa famille pour m'avoir accueilli comme ils l'ont fait. Enfin ma plus profonde pensée s'adresse à ma mère, mon père et ma soeur qui, depuis de la France, me soutiennent et m'encouragent sans cesse. III TABLE DES MATIÈRES Page REMERCIEMENTS ..................................................................................... III , TABLE DES MA TIERES ............................................................................ IV LISTE DES TABLEAUX ............................................................................ VII LISTE DES FIGURES ............................................................................... VIII , ABRE VIA TI 0 NS ......................................................................................... XII INTRODUCTION ............................................................................................ 1 CHAPITRE 1 : CARACTÉRISTIQUES ET VARIANTES DE LA TECHNOLOGIE DSL ..................................................................................... 6 1.1. HISTORIQUE DE LA TECHNOLOGIE DSL .................................................................... 6 1.2. BUT, INTÉRÊT ET PRINCIPE DE LA TECHNOLOGIE DSL ............................................. 7 1.2.1. But de la technologie DSL ................................................................................... 7 1.2.2. Intérêt de la technologie DSL .............................................................................. 7 1.2.3. Principe de la technologie DSL. ........................................................................... 7 1.3. SÉPARATION DES CANAUX .•.•....•.•.•...•.•......•.•..•.•.•.•..•.•....•.•.•.•.•..•.•.•...•.•........•.•........•.• 8 1.3.1. Nécessité de la séparation des canaux dans la DSL ............................................. 8 1.3.2. Techniques de séparation des canaux .................................................................. 9 1.4. MODULATIONS DANS LA TECHNOLOGIE DSL .......................................................... 11 1.4.1. Absence d'égalisation totale .............................................................................. Il 1.4.2. Modulation CAP ................................................................................................ 12 1.4.3. Modulation DMT ............................................................................................... 14 1.5. LES VARIANTES DE LA TECHNOLOGIE DSL ............................................................. 16 1.5.1. HDSL/HDSL2 .................................................................................................... 16 1.5.2. SDSL .................................................................................................................. 17 1.5.3. ADSL ................................................................................................................. 18 1.5.4. VDSL ................................................................................................................. 20 1.6 : CONCLUSION ...•.•..•...••••.•.••................•.................•..........................•.••...................... 21 IV CHAPITRE 2 : LA MODULATION DMT POUR L'ADSL G.DMT ...... 23 2.1. DMT POUR LA TECHNOLOGIE ADSL G.DMT ........................................................ 23 , 2.2. ETAPES DE LA DMT POUR L'ADSL G.DMT ........................................................... 26 2.2.1. Conversion série/parallèle .................................................................................. 26 2.2.2. Modulation QAM ............................................................................................... 27 2.2.3. Miroir et IF FT .................................................................................................... 29 2.2.4. Conversion parallèle/série .................................................................................. 30 2.3. LA DMT INVERSE ......•..........•.•.•.•.•.•......•.•.••••.•.•..•.•..•...•.•.•.•••.•....•..••.•.•.•..•••.•.•.•......• 30 2.4 : CONCLUSION ............................................................................................................ 31 CHAPITRE 3 : PROBLÉMATIQUE DE LA DMT ET , EGALISATIONS DANS LA G.DMT .......................................................... 32 3.1. INTERFÉRENCES DANS LA DMT ............................................................................... 32 3.2. LE PRÉFIXE CyCLIQUE ...................................................•.......................................... 33 3.2.1. Réalisation du préfixe cyclique .......................................................................... 34 3.2.2. Inconvénient du préfixe cyclique ....................................................................... 34 3.3. ÉGALISATION DANS UN SYSTÈME DMT ................................................................... 35 3.3.1. Rôles du TEQ optimaL ....................................................................................... 37 3.3.2. Rôle du FEQ ....................................................................................................... 38 3.4. MÉTHODES TEQ POUR LA G.DMT ......................................................................... 40 3.4.1. Méthode MMSE ................................................................................................. 41 3.4.2. Méthode MSSNR ............................................................................................... 43 3.4.3. Méthode MGSNR .............................................................................................. 45 3.4.4. Méthode MBR .................................................................................................... 48 3.5. CONCLUSION ............................................................................................................. 51 CHAPITRE 4 : MÉTHODES D'ÉGALISATION PROPOSÉES POUR L'ADSL G.DMT ................................................................................ 53 4.1. MÉTHODES POUR TEQ PROPOSÉES ......................................................................... 53 4.1.1. Structure de McCanny [14] ................................................................................ 55 4.1.2. Présentation de TEQ-L ....................................................................................... 57 4.1.3. Présentation de TEQ-NL .................................................................................... 64 4.2. MÉTHODES POUR FEQ PROPOSÉES ......................................................................... 74 4.2.1. Structure générale d'un FEQ .............................................................................. 74 4.2.2. Algorithme d'adaptation utilisé .......................................................................... 76 4.2.3. Structures des 4 méthodes proposées ................................................................. 79 4.3. CONCLUSION ............................................................................................................. 82 v CHAPITRE 5 : PERFORMANCES DES MÉTHODES , PROPOSEES .................................................................................................. 84 5.1. CONDITIONS DE SIMULATION ................................................................................... 85 5.1.1. Modélisation de la boucle locale ........................................................................ 85 5.1.2. Paramètres sur la séquence émise et la D MT ..................................................... 86 5.2. PERFORMANCES DES MÉTHODES TEQ-L ET TEQ-NL ........................................... 86 5.2.1. Paramètres de TEQ-L et TEQ-NL ..................................................................... 86 5.2.2. Convergence des deux méthodes ....................................................................... 87 5.2.3. Réduction du canal des 2 méthodes ................................................................... 88 5.2.4. Débits de transmission atteints pour les 2 méthodes .......................................... 91 5.2.5. Taux d'erreurs sur le bit pour les 2 méthodes .................................................... 94 5.2.6. Résultats globaux des 2 méthodes ..................................................................... 97 5.3. ÉTUDE COMPARATIVE DES MÉTHODES POUR TEQ ................................................. 98 5.3.1. Résultats en réduction du canal.. ...................................................................... 100 5.3.2. Résultats en débit de transmission ................................................................... 101 5.3.3. Choix des deux meilleures méthodes ............................................................... 102 5.4. COMPARAISON ENTRE MIN-ISI ET TEQ-NL ........................................................ 102 5.4.1. Pour un canal linéaire sans erreur d'estimation ............................................... 103 5.4.2. Pour un canal linéaire avec erreurs d'estimation ............................................. 105 5.4.3. Pour un canal non-linéaire ............................................................................... 110 5.5. RÉCAPITULATION DES RÉSULTATS OBTENUS ......................................................... 113 CONCLUSION ............................................................................................. 115 , , REFERENCES ............................................................................................. 119 ANNEXE A : STANDARD CSA ................................................................ 122 ANNEXE B : ESTIMATEUR DE CANAL ......................................•........ 134 ANNEXE C : PROGRAMMES MATLAB ............................................... 136 STRUCTURE MIN-ISI/3-TAPS ........................................................................................ 137 STRUCTURE TEQ-NL/3-TAPS ....................................................................................... 142 ANNEXE D : PROGRAMMES C .............................................................. 147 PROGRAMME C DE TEQ-L ........................................................................................... 148 PROGRAMME C DE TEQ-NL ........................................................................................ 151 VI LISTE DES TABLEAUX Page Tableau 1: Applications multimédias pour particuliers avec débits nécessaires par courant ............................................................................................................ 1 Tableau 2 : Applications multimédias pour professionnels avec débits nécessaires par courant. ..................................................................................................... 1 Tableau 1.1: Débits obtenus par la technologie ADSL G.DMT en fonction de la distance [2] ................................................................................................... 20 Tableau 1.2: Tableau récapitulatif des caractéristiques des différentes variantes présentées de la technologie DSL ................................................................. 21 Tableau 3.1: Tailles fixées par le standard ANSI T1.413 des trames émises, du préfixe cyclique et du canal réduit pour les courants montant et descendant en nombre d'échantillon ............................................................. 37 Tableau 5.1: Débits de transmission obtenus après égalisation, ceux optimums pouvant être atteints et les pourcentages d'exploitation pour TEQ-L et TEQ-NL, pour -140dBm/Hz ........................................................................ 92 Tableau 5.2: Performances en SSNR, en débit de transmission obtenu avec l'optimum associé et en pourcentage d'exploitation du canal pour les méthodes MMSE, MSSNR, MGSNR, MBR, Min-ISI, TEQ-L et TEQ-NL, avec le canal CSAloop#4 et une puissance de bruit de -140dBmlHz. Pour chaque domaine d'évaluation apparaît le classement des méthodes de 1 à 7 .................................................................................... 99 VIl LISTE DES FIGURES Page Figure 1 : Utilisations de la paire cuivre (capper), de la fibre optique (jiber) et du câble coaxial (coax) en local en fonction des années [2] ............................... 2 Figure 1.1: Découpage de bande passante de la boucle locale effectué par la FDM [5] ................................................................................................................. 10 Figure 1.2 : Découpage de bande passante de la boucle locale effectué par FDM-EC [2] ................................................................................................................. 10 Figure 1.3 : Fonctionnement de la modulation DMT : Division du canal en sous- canaux et chargement du nombre de bits en fonction du canal [5] .............. 14 Figure 1.4 : Fonctionnement du splitter [1] ..................................................................... 19 Figure 2.1: Division du canal de transmission en sous-canaux faite par la DMT .......... 24 Figure 2.2 : Division DMT par FDM-EC [5] .................................................................. 25 Figure 2.3: Division DMT par le multiplexage fréquentiel, FDM [2] ........................... 25 Figure 2.4 : Partie émetteur d'un modem ADSL G.DMT ............................................... 26 Figure 2.5 : Combinaisons binaires possibles pour une séquence de 4 bits .................... 28 Figure 2.6 : Exemple de constellation d'une 16-QAM .................................................... 28 Figure 2.7 : Fonctionnement du bloc « miroir» .............................................................. 29 Figure 2.8 : Partie récepteur d'un modem ADSL G.DMT, DMT inverse ....................... 30 Figure 2.9: Émetteur et Récepteur DMT idéal ............................................................... 31 Figure 3.1: Réalisation du préfixe cyclique .................................................................... 34 Figure 3.2 : Émetteur et récepteur DMT d'un modem ADSL G.DMT ........................... 36 Figure 3.3: Exemple de constellation de modulation 4-QAM, avec pour les deux graphes la constellation escomptée, puis la constellation sans utilisation d'un FEQ (a) et la constellation avec intégration d'un FEQ (b) .................. 39 Vlll Figure 3.4 : Schéma de principe de la méthode MMSE .................................................. 41 Figure 3.5 : Décomposition des passages du signal et des 1S1 dans le temps [3] ............ 49 Figure 4.1 : Schéma de principe de la méthode MMSE [3] ........................................... 55 Figure 4.2 : Structure complète d'égalisation TEQ présentée par McCanny [14] .......... 56 Figure 4.3: La forme directe d'un filtre à réponse impulsionnelle finie [30] ................. 58 Figure 4.4 : Schéma explicatif de l'algorithme LMS ...................................................... 59 Figure 4.5 : Structure complète de la méthode TEQ-L ................................................... 61 Figure 4.6 : Structure complète de uploads/Science et Technologie/ 000135163.pdf