Rapport laboratoire communication numérique

TEL141 : COMMUNICATIONS NUMÉRIQUES ET RÉSEAUX HERTZIENS LABORATOIRE 1 . Étude des variables a org Sni* to View Table des matières Liste des Figures Introduction n d’auto-corrélation Ce laboratoire a pour but de nous familiariser avec les principales fonctions du logiciel Simulink de Matlab et de nous initier ? manipuler la radio logicielle. Ce laboratoire nous permettra radiocommunications sont fortement liées aux choix techniques qui permettent à des utilisateurs multiples (multi user) d’accéder à un canal de transmission.

Ce choix crucial du système d’accès oncerne aussi bien les systèmes de radiocommunications cellulaires terrestres (GSM, IJMTS) que les systèmes satellitaires. Cette section présente l’une des méthodes d’accès multiple basée sur un partage de la ressource au moyen de codes d’étalement : Code Division Multiple Acces (CDMA). Cette méthode d’accès est issue des transmissions étalées utilisées dans le contexte des transmissions militaires depuis de nombreuses années.

L’objectif des premières transmissions militaires étalées était de résister au mieux à des brouilleurs bandes étroites ou/et de réaliser des transmissions « discrètes ». L’utilisation de l’étalement en CDMA répond à un tout autre objectif, il s’agit, en l’occurrence, de maximiser la capacité d’un réseau d’accès radio. 1 . Introduction aux techniques d’accès multiples Il y a plusieurs méthodes pour partager une ressource radio entre N utilisateurs. _Jne solution simple consiste à diviser la bande de fréquence en N sous bandes disjointes et à allouer une sous bande ? chaque utilisateur Si on introduit le largeur totale de la bande de fréquence disponible : B, chaque utilisateur peut idéalement disposer d’une sous bande de largeur : W = B/N . Cette méthode est appelée Frequency Division Multiple Access (FDMA). Elle est utilisée dans de nombreux systèmes de transmissions filaires. La difficulté majeure de mise en œuvre réside dans la séparation des différentes sous bandes de fréquence.

En pratique ces en œuvre réside dans la séparation des différentes sous bandes de fréquence. En pratique ces dernières ne peuvent pas être jointives et sont séparées par un intervalle de garde ou bande de garde de largeur spectrale Wg. Une autre méthode pour décomposer une ressource en sous anaux allouables à différents utilisateurs consiste à définir une durée de trame Tt et à décomposer cette dernière en N intervalles encore appelés times slots de durée Ts = Tt/N. Chaque utilisateur qui souhaite transmettre des données se voit allouer un time slot particulier dans chaque trame.

Ce système d’acces multiple est appelé ime Division Multiple Access (TDMA). Il est fréquemment utilisé pour les transmissions radio de voix et de données. Dans les systèmes de radiocommunications avec les mobiles fonctionnant en TDMA, une des principales difficultés éside dans le fait qu’il faut synchroniser, sur la même horloge, l’ensemble des terminaux et qu’il faut éviter que les paquets de données (burst) émis par deux terminaux qui utilisent des times slots adjacents, ne se recouvrent, même partiellement, à l’arrivée à la station de base.

Pour éviter ce type de problème, il faut prévoir un intervalle de garde, ce qui revient à avoir une durée du time slot supérieure à la durée du burst émis. pour les modes d’accès en EDMA ou en TOMA on constate que le canal est décomposé en sous canaux indépendants, chaque ous canal étant alloué à un utilisateur. On se retrouve ainsi dans une approche de transmission assez classique où la difficulté principale consiste à allouer les ressources libres (sous bandes ou times slots) aux utilisateurs.

Pour éviter d’ à allouer les ressources libres (sous bandes ou times slots) aux utilisateurs. Pour éviter d’avoir à allouer des ressources à des utilisateurs on peut imaginer un système dans lequel ces utilisateurs pourraient émettre simultanément sur une même bande de fréquence. Idéalement ces utilisateurs pourraient tirer aléatoirement des équences au moyen desquelles ils encoderaient les bits qu’ils doivent transmettre. Le récepteur pourrait alors « essayer » toutes les séquences possibles pour « retrouver’ les trains binaires des différents utilisateurs.

Llne telle méthode d’accès multiple est appelée Code Division Multiple Access (CDMA). 2-Principes du COMA Le code division multiple access (CDMA) est une technique d’accès multiple où les différents utilisateurs partagent le même support physique, c’est-à-dire, la même bande de fréquences, au même temps. L’ingrédient principal de CDMA est la echnique d’étalement de spectre, qui utilise des impulsions de signature à haut débit pour améliorer la largeur de bande du signal de mesure au-delà de ce qui est nécessaire pour un débit de données donné.

Dans un système COMA, les différents utillsateurs peuvent être identifiés et séparée au niveau du récepteur par le biais de leurs signatures individuelles (parfois appelé formes d’onde de signature. Aujourd’hui, les applications les plus connues du CDMA sont des systèmes de communication mobiles comme cdmaOne (IS-95), IJMTS ou CDMA 2000. Le principe du CDMA : K suites de symboles (al, n) n transmises à une période symbole de T. (aK, n) n doivent être Rappels sur les transmultlplexeurs.

Signal modulant : x(t) = (t – nT) avec PAGF Rappels sur les transmultiplexeurs. Signal modulant : nT) avec : Condition de Nyquist généralisée : (t – nT)g(t n’. Le principe du COMA : Il Forme des gk(t) dans le cas du CDMA. gk(t) = ,g(t — Tc) avec _ Tc = appelée période chip, et N le facteur d’étalement. _g(t) vérifie la condition de Nyquist à la cadence Tc. _ vaut 1 (ou ( () est appelé code de l’utilisateur numéro Pour k, Conséquence importante :(t – nT)g(t – — i ou n n’. Le principe du CDMA : Ill. La condition d’orthogonalité des codes implique que KN.

Efficacité spectrale : évaluation de la bande passante du signal Bande passante de chaque Tc Bilan • pour faire translter K suites de symboles à , il faut au moins une bande de avec KN. Le CDMA ne produit pas de miracle, et est peu efficace spectralement si est petit. 3- Exemple de système CDMA Comme mentionné, l’origine de spectre étalé est dans le domaine des applications militaires et de systèmes de radar. Cependant, dans cette section, nous allons concentrer sur l’une des rincipales applications commerciales du CDMA, le GPS.

Le cœur du système de positionnement global (GPS) est le segment spatial composé de 24 satellites opérationnels qui entourent la terre sur six orbites différentes (soit quatre satellites par orbite) à une distance 00 km. Chaque satellite laquelle toutes les autres fréquences que les fréquences porteuses, les taux de la puce et les débits de données sont dérivées. Le développement du GPS a été lancé par le Département amérlcain de la Défense pour des applications militaires, mais plus tard a été ouvert à des applications civiles.

En conséquence, le GPS offre deux types de services: un service de positionnement précis (PPS) – principalement pour des applications militaires et autres autorisés – et un service de localisation standard moins précis (SPS) pour tout le monde. Le positionnement est basé sur le principe de la trilatération: mesurer le retard de propagation des signaux transmis par les trois satellites, les distances correspondantes peuvent être calculée à l’aide des valeurs de la vitesse des ondes électromagnétiques dans l’espace libre et dans l’ionosphère et l’atmosphère.

La connaissance de la position des satellites, la position du récepteur GPS est obtenu comme l’intersection de la sphère avec le rayon issu autour des trois satellites. Depuis le moment où le satellite émet le signal ne peut pas être déterminé de façon précise par le récepteur, seuls les temps de propagation relatifs peuvent être mesurés. Par conséquent, un positionnement précis nécessite la réception des signaux d’au moins quatre satellites. PRÉSENTATION DES RÉSULTATS Question 1. 2 : qui est égale à 1 Le champ frequency correspond à la pulsation du signal 2

Le champ sample time correspond à la période d’échantillonnage qui est d’après scr-,annon 1 nmax=l Question 1. 3 . D’après figure2 on remarque que l’amplitude du signal est 1. Si l’on prend les 004 ms qui valeurs du temps aux instants t 7,716 ms et t 7,712 ms, on a une différence (7,716 -7,712) de O, correspond 400 MHz. T-7,71 6-7,712 x 10-3ms Figure : Signal sinusoïdal de x(t) = cos (400. 000. 000t) Question 1. 4 • En considérant la transformé de fourrier d’un signal sinusoïdale, il apparait que le spectre en frequence du signal aura deux fréquences : o et —a. Dans notre cas -400 MHz et 400 MHz

Figure : Représentation du Slgnal spectral Question 1. 5 . Le spectre du signal a deux bandes. Elles peuvent s’expliquer par la transformer de fourrier d’un signal sinusoïdal qui donne deux fonctions dirac. Question 1. 6: Lorsqu’on branche la radio USRP à Poscilloscope on obtient la courbe sulvante : Figure : Courbe du signal à la sortie de l’oscilloscope Question 1. 7. 2 : Le bruit gaussien est caractérisé ar la moyenne et la variance Question 1. 8 : Figure : Spectre du bruit à la sortie du Spectrum scope : Spectre du bruit à la sortie du Spectrum scope (Moyenne Question 1. 11

La variance est la puissance du signal aléatoire gaussien. Elle a donc influence sur le niveau de puissance de la densité spectrale. Question 1. 12 Cas 1 : moyenne O, variance 4 Figure : Histogramme de la variable aléatoire gaussienne (moyenne = O, variance = 4) Histogramme centré sur O Cas 2 : moyenne = 0, variance = 36 (moyenne = O, variance 36) Cas 3 : moyenne = 5, variance = 4 (moyenne = 5, variance = 4) On remarque histogramme n’est plus centré sur O mais sur 5 Question 1. 14: Figure : Histogramme du Bloc Sans Bruit Question 1. 15 : Figure : Histogramme du Bloc avec Bruit Conclusion