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Analyse des Performances d'un Système d'Accès Multiple Non Orthogonale (NOMA) N

Analyse des Performances d'un Système d'Accès Multiple Non Orthogonale (NOMA) N° d‟ordre: N° de série: République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Superieure et de la Recherche Scientifique ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ Université Echahid Hamma Lakhdar d’El-Oued Faculté de Sciences et de La Technologies Filiére: Génie Electrique Mémoire de fin d’étude Présenté pour l‟obtention du diplôme de MASTER ACADEMIQUE En: Télécommunication Spécialité: Systèmes de télécommunication Par: Barir Abdessettar, Gherbi Laid, Zair Souheil Mohammed Ismail Thème Devant le jury composé de: Mr. Ajgou Riadh Mr. Chemsa Ali Mr. Khelil Abdellatif …. …. …. Président Examinateur Encadreur 2020-2021 iii Dédicace Dieu merci. Mon parcours universitaire a pris fin après l'épuisement et les épreuves. Et ici, je termine ma thèse de fin d'études avec toute la vigueur et l'activité. Je dédie mon diplôme et ma joie à mon père, ma mère et tous les membres de ma famille. Je ne dois pas oublier mes amis, mes professeurs et tous ceux qui m'ont soutenu et encouragé dans ma vie et m'ont donné un coup de pouce. Merci Abdessettar… iv Dédicace A qui je la préfère à moi, elle s'est sacrifiée pour moi Tu n'as toujours ménagé aucun effort pour me rendre heureux (ma mère bien-aimée) le propriétaire d'un bon visage et de bonnes actions il ne m'a pas épargné toute sa vie (cher père) A mes sœurs et amis, et à tous ceux qui m'ont soutenu et m'ont aidé avec tout ce qu'ils avaient, en particulier Yacine hamdane Je vous présente cette recherche, et j'espère qu'elle vous satisfera Laid… v Dédicace A qui je la préfère à moi-même, et pourquoi pas ; Tu t'es sacrifié pour moi Tu n'as toujours ménagé aucun effort pour me rendre heureux (Ma mère bien-aimée). Le propriétaire d'un bon visage, et de bonnes actions, ne m'a pas épargné toute sa vie (Mon cher père). À mes amis et à tous ceux qui m'ont soutenu et m'ont aidé avec tout ce qu'ils avaient, et à bien des égards Je vous présente cette recherche, et j'espère qu'elle vous satisfera. Souheil Mohammed Ismail… vi Remerciements Tout d'abord, nous remercions notre encadreur Dr. Khelil Abdellatif Pour ses précieux conseils et son aide tout au long de l'entreprise. Nous adressons également nos sincères remerciements au Dr.Faysal Khennoufa Et aux membres du jury pour l'intérêt qu'ils portent à nos recherches en acceptant de revoir nos travaux et les enrichir de leurs suggestions. Enfin, nous tenons également à remercier toutes les personnes qui ont été directement ou indirectement impliquées dans la réalisation de ce travail. Sommaire ii Sommaire page Dédicace Remerciements Sommaire i liste de figure iv Liste de tableau v Listes des symboles et abréviations vi Introduction générale 01 Chapitre I : Généralités sur la 5G I.1. Introduction 40 I.2. Evolution des réseaux mobiles 40 I.2.1 La première génération (1G) 40 I.2.2 La deuxième génération (2G) 40 I.2.3 La troisième génération (3G) 40 I.2.4 La quatrième génération (4G) 06 I.2.5 La cinquième génération (5G) 06 I.3. Objectifs de la 5G 07 I.4. Les caractéristiques techniques 08 I.5. Les principales technologies de la 5G 08 I.5.1 Les ondes millimétriques 09 I.5.2 Les micros-celles 10 I.5.3 MIMO Massif 11 I.5.4 Full-Duplex 12 I.5.5 Beamforming 13 I.6 La modulation d'indice 14 iii I.7. Les techniques d'accès 14 I.7.1 Orthogonal Fréquence Division Multiple Access (OFDMA) 14 I.7.2 Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) 15 I.8. Conclusion 16 Chapitre II : Le système d'accès multiple non orthogonale (NOMA) II.1. Introduction 18 II.2. Définition 18 II.3. Principes de base NOMA 19 II.4. Codage de superposition (SC) 20 II.5. Annulation des interférences successives (SIC) 22 II.6. Liaison descendante NOMA (Down Link) 23 II.7. Liaison montante NOMA (Up Link) 24 II.8.Efficacité spectrale et efficacité énergétique 25 II.8.1. Efficacité spectrale 25 II.8.2. Efficacité énergétique 26 II.9. Les applications 26 II.10. Les avantages et les inconvénients 27 II.10.1. Avantages de NOMA 27 II.10.2. Inconvénients de NOMA 27 II.11. Conclusion 28 Chapitre III : Simulation et Résultats III.1. Introduction 30 III.2. Modèle de Simulation 30 III.3.Paramètres de Simulation 32 III.4. Analyse de Capacité 33 III.5. Analyse de probabilité de panne (outage probability) 34 iv III.6. Analyse de BER 37 III.7. Conclusion 39 Conclusion générale 41 Bibliographie 44 liste de figure Page Chapitre I : Généralités sur la 5G Figure I.1: Evolution des réseaux mobiles 07 Figure I.2: Techniques utilisées dans la technologie 5G 09 Figure I.3: Spectre des ondes millimétriques 10 Figure I.4: Small cell 11 Figure I.5: Massive MIMO 12 Figure I.6: Full duplex 13 Figure I.7: Beamforming 14 Figure I.8: Orthogonal Frequency Division Multiple Access 15 Figure I.9: NOMA et OMA 15 Chapitre II : Le système d'accès multiple non orthogonale (NOMA) Figure II.1: Un exemple de codage SC (a) constellation de signaux de l'utilisateur 1 (b) constellation de signaux de l'utilisateur 2 (c) constellation de signal superposé 21 Figure II.2: Un exemple de décodage SC (a) décodant le signal de l'utilisateur 2 (b) décodant le signal de l'utilisateur 1 22 Figure II.3: Comment fonctionne SIC dans les récepteurs entre deux utilisateurs 23 Figure II.4: liaison descendante NOMA pour 2 utilisateurs 24 Figure II.5: Liaison montante NOMA pour 2 utilisateurs 25 v Chapitre III : Simulation et Résultats Figure III.1: Schéma de deux utilisateurs OMA 31 Figure III.2: Schéma de deux utilisateurs NOMA 31 Figure III.3 : La capacité réalisable de 2 utilisateurs NOMA et OMA 33 Figure III.4 : La capacité des deux systèmes OMA et NOMA 34 Figure III.5: La probabilité de panne des utilisateurs de NOMA et OMA 35 Figure III.6 : La probabilité de panne des systèmes NOMA et OMA 37 Figure III.7 : La probabilité d‟erreur des utilisateurs NOMA et OMA 38 Figure III.8 : La probabilité d‟erreur des systèmes NOMA et OMA 39 Liste de tableau page Chapitre I : Généralités sur la 5G Tableau I.1: Comparaisons entre les caractéristiques des générations mobile 07 Chapitre III : Simulation et Résultats Tableau III.1: Paramètres utilisés dans la simulation 32 vi Listes des symboles et abréviations 1G Première Génération 2G Deuxième Génération 3G Troisième Génération 3GPP 3rdGenerationPartnership Project 4G Quatrième Génération 5G Cinquième Génération AMPS Advanced Mobile Phone System BER Bit Error Rate BPSK Binary Phase Shift Keying BS Base Station CDMA Code Division Multiple Access C-NOMA cooperative NOMA D2D Device-to-device DL Downlink DT direct transmission EE Energy Efficiency FDD Frequency Division Duplex FDMA Frequency Division Multiple Access GSM Global System for Mobile Communications ICI Inter-Carrier Interference IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IMT International Mobile Telecommunications LTE Long Term Evolution LTE-A Long Term Evolution-Advanced Massive-MIMO Massive- Multiple Input Multiple Output Matlab MATrix LABoratory MIMO Multiple Input Multiple Outputs mmWave Millimeter-Wave MU-MIMO Multi-User MIMO vii NOMA Non-Orthogonal Multiple Access OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency-Division Multiple Access OMA Orthogonal Multiple Access PAPR Peak-To-Average Power Ratio QoS Quality of Service QPSK Quadrature Phase Shift Keying SC superposition coding SE Spectral Efficiency SIC Successive Interference Cancellation SISO Single Input Single Output SU Single User SMS Short Message Service SNR Signal-To-Noise Ratio TDD Time Division Duplex TDMA Time Division Multiple Access UIT Union Internationale Des Télécommunications UL Up Link UMTS Universal Mobile Telecommunications System VLC Visible light communications Wi-Fi Wireless Fidelity Introduction générale Introduction générale 1 Introduction générale Le domaine des réseaux et des communications mobiles est soumis dans une large mesure rapide. Ce changements 'accompagne toujours de technologies nouvelles et plus sophistiquées pour faire face à la forte augmentation des demandes des clients en termes de rapidité et de disponibilité des services fournis. Afin de répondre à cette forte demande des réseaux, les opérateurs télécoms recherchent des solutions pour augmenter la capacité et la couverture de navigation Internet tout en maintenant la connectivité. En fait, une technologie de nouvelle génération, la 5G, est prévue. La 5G se présente comme la génération de la disruption, qui ne concerne plus uniquement le monde des opérateurs mobiles et de la communication grand public, mais qui offre de nouvelles perspectives et permet la coexistence d'applications et d'usages très diversifiés et unifiés dans une seule technologie. La 5G apparaît comme une nouvelle menace pour la numérisation de la société et de l'économie. La 5G représente la cinquième génération de technologie cellulaire. Ils sont conçus pour augmenter la vitesse, réduire le temps de réponse et améliorer la flexibilité des services sans fil. La 5G a une vitesse maximale théorique de 20 Gbps, tandis que la vitesse maximale pour la technologie 4G n'est que de 1 Gbps. Cela peut améliorer les performances des applications d'entreprise et d'autres expériences numériques (telles que les jeux en ligne, la vidéo conférence et les voitures autonomes). La 5G est une norme transversale, qui vise à résoudre une série de problèmes contrairement aux normes précédentes (3G et 4G). Il existe plusieurs normes fermes, avec plusieurs types de modifications et de technologies d'accès. L'objectif de ce mémoire est de mener une étude théorique et pratique (par simulation) pour comparer l'accès multiple orthogonal (OMA) et l'accès multiple non orthogonal (NOMA). Introduction générale 2 Nous avons divisé cette mémoire en trois (03) chapitres:  Premier Chapitre : Au premier chapitre, nous réaliserons une étude générale sur l'évolution des uploads/Science et Technologie/ noma 1 .pdf