Ofdm/oqam : méthodes d'estimation de canal, et combinaison avec l'accès multiple CDMA ou les systèmes multi-antennes

par Chrislin Lele

Thèse de doctorat en Lasers, métrologie et communications

Sous la direction de Maurice Bellanger.

Soutenue en 2008

à Paris, CNAM .


  • Résumé

    Les recherches en communications numériques ont dans leur objectif d'augmenter le débit des systèmes de transmission avec des réalisations à faible complexité d'implémentation. En présence de canaux multi-trajets, les systèmes multiporteuses, notamment le CP-OFDM, sont de plus en plus utilisés car ils offrent un excellent compromis entre débits élevés et faible complexité d'implementation. De plus, comparées aux systèmes monoporteuses, les technologies multiporteuses permettent une meilleure exploitation de la diversité fréquentielle du canal de communication. Les standards ADSL, IEEE802. 11a. . . Reposent déjà sur la technologie CP-OFDM et les nouveaux standards, comme IEEE802. 11n, combinent le CP-OFDM avec les technologies MIMO pour améliorer les débits de transmission et exploiter efficacement la diversité spatiale du canal. Par ailleurs, dans la plupart des systèmes, le canal de communication doit être partagé entre plusieurs utilisateurs, d'où la nécessité de recourir aux techniques d'accès. Le CDMA est l'une des techniques d'accès les plus prometteuses et sa combinaison avec le CP-OFDM a donné lieu au MC-CDMA. Cependant, le CP-OFDM a deux inconvénients majeurs. Premièrement, l'utilisation du CP correspond à une perte d'information utile car la function CP est de l'information redondante. Et, deuxièmement, le filtre de transmission utilisé en CP-OFDM est la fonction porte autrement dit une fonction mal localisée en fréquence. L'implication directe de cette mauvaise localisation est la difficulté de faire respecter par le CP-OFDM des spécifications de masque d'émission contraignantes. En particulier, pour éviter les interférences avec les systèmes voisins en fréquence, les fréquences nulles sont en général insérées aux bords du spectre d'émission d'où une perte d'informations utiles. Pour remédier à ces inconvénients, l'OFDM/OQAM semble être une bonne alternative. En effet, la modulation OFDM/OQAM n'utilise pas de CP et elle offre la possibilité d'utiliser différents types de filtre prototype. L'OFDM/OQAM repose pour cela sur une orthogonalité réelle contrairement au CP-OFDM qui utilise une orthogonalité complexe. Le but de cette thèse est dans une première partie de montrer qu'il est possible dans certaines conditions, de réaliser une égalisation à un coefficient en OFDM/OQAM comme en CP-OFDM. Nous présentons dans ce cadre des méthodes d'estimation de canaux en OFDM/OQAM suivant les modes préambule et pilotes répartis. Les performances de ces méthodes d'estimation sont comparées à celles utilisées pour les systèmes CP-OFDM. Dans la suite de la thèse, nous analysons la combinaison OFDM/OQAM et CDMA, avec notamment la possibilité d'obtenir une orthogonalité complexe en OFDM/OQAM grâce aux codes de Walsh-Hadamard. Une comparaison avec le système MC-CDMA est effectuée. Un dernier axe d'étude concerne les systèmes multi-antennes. Nous analysons notamment les gains de diversité spatiale et l'augmentation des débits de transmission. Ensuite nous nous intéressons à la combinaison OFDM/OQAM et MIMO. Nous examinons la possibilité ou non d'appliquer à l'OFDM/OQAM les schémas de multiplexage spatial et ceux de type Alamouti.

  • Titre traduit

    OFDM/OQAM modulation : Channel estimation methods and applications to multicarrier CDMA and multi-antenna transmission


  • Résumé

    One important goal in digital communication research is to increase the transmission bit rate while keeping a low complexity structure for the transmitter and receiver. Nowadays, in the presence of multi-path channels, multi-carrier modulations such as CP-OFDM are more and more used since they provide a good trade-off between higher bit rate and complexity. Moreover, compared to single-carrier systems, multi-carrier systems permit a better use of the channel frequency diversity. Systems or standards such as ADSL or IEEE802. 11a have already implemented the CP-OFDM modulation. New standards like IEEE802. 11n combine CP-OFDM and MIMO in order to increase the bit rate and to provide a better use of the channel spatial diversity. As the communication medium has to be shared between multiple users, access techniques are needed. One of the most promising access technique is CDMA and its combination with CP-OFDM has led to the so-called MC-CDMA. However, the CP leads to a loss of spectral efficiency as it contains redundant information. Moreover, the prototype filter used in CP-OFDM is the rectangular window one, thus it has poor frequency localization. This poor frequency localization makes it difficult for CP-OFDM systems to respect stringent specifications of spectrum masks. This is why null sub-carriers are inserted at the frequency boundaries of CP-OFDM systems in order to avoid interferences with close systems in frequency. Adding null sub-carriers also means loosing spectral efficiency. To overcome these difficulties, OFDM/OQAM seems to be a good alternative. Firstly, because OFDM/OQAM does not use any CP and, secondly, because it offers the possibility to use different prototype filters. Indeed, for a given type of time-frequency transmission lattice, the orthogonality constraint for OFDM/OQAM is relaxed being limited to the real field while for OFDM it has to be satisfied in the complex field. Thus, there is more degree of freedom for OFDM/OQAM prototype filters. The aim of this thesis is, in the first part, to show that it is possible with OFDM/OQAM to perform a one tap channel equalization per subcarrier as in CP-OFDM. For realistic transmission channels, this one tap equalization is only valid within some channel hypotheses regarding the maximum delay spread and the Doppler effect. Then, it must be preceded by a channel estimation step. Therefore, a set of channel estimation methods is proposed for the preamble and scattered modes. In the second part, we analyze the combination between OFDM/OQAM and CDMA and we show that it is possible to have a complex orthogonality in OFDM/OQAM thanks to the Walsh-Hadamard codes. A comparison with MC-CDMA is also carried out. Finally, we study multi-antennas system. We analyze the spatial diversity gain and the data rate increase. The combination between OFDM/OQAM and MIMO is also studied for the spatial multiplexing and Alamouti schemes.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (197 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 195-196

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Conservatoire national des arts et métiers (Paris). Bibliothèque Centrale.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : Th A 635
  • Bibliothèque : Conservatoire national des arts et métiers (Paris). Bibliothèque Centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th A 635 double
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.