Mise en œuvre d'un système de communication OFDM-haut débit dédié aux trains à grandes vitesses

Implementation of a high data rate OFDM communication system, dedicated for high-speed trains

• Auteur / Autrice : Boudali Ouarzazi
• Direction : Atika Rivenq
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Trains à grande vitesse

Multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence

Systèmes de communication sans fil

Résumé

Les systèmes de communication sans fil de la 4ème génération (LTE, IEEE. 802. 16m et IEEE. 802. 20) se développent dans le monde ferroviaire afin d’assurer des services d’information, de maintenance, des services de réservation ou d’accès à Internet. Dans un contexte de forte mobilité (cas du TGV), les conséquences de l’effet Doppler sur les performances de tels systèmes sont importantes: l’utilisation des modulations haut débit est en effet impossible. Dans ce travail, nous proposons des solutions afin de minimiser ces dégradations. Il porte sur une estimation efficace d’un canal variant dans le temps dans un système OFDM. Afin d’estimer le canal, -étape indispensable pour l’égalisation des données-, des sous-porteuses pilotes sont insérées dans le symbole OFDM. Le canal est estimé dans le domaine temporel et les variations temporelles de chaque trajet du canal sont modélisées par un développement en fonctions de base (BEM Basis expansion Modeling). Le canal est donc obtenu par les coefficients de base correspondants. Une structure de pilotes est proposée, qui consiste à faire varier les positions des pilotes d’un symbole à l’autre. Les positions des pilotes sont allouées dynamiquement au cours de la transmission des symboles OFDM: on parle d’allocation dynamique des pilotes (ADP). L’estimation du canal variant dans le temps est meilleure et par conséquent les performances du système sont améliorées par rapport à l’effet Doppler. Dans un système multiutilisateurs OFDM, nous proposons d’exploiter l’idée de l’ADP afin de créer une diversité spatiale. Chaque utilisateur est désigné par une combinaison de pilotes unique. En utilisant la coopération entre les différents utilisateurs (diversité spatiale), l’estimation du canal variant dans le temps est améliorée et les conséquences néfastes de l’effet doppler sont réduites.

The 4th generation of wireless communication systems (LTE, IEEE. 802. 16m and IEEE. 802. 20) is developed in the rail to provide information services, maintenance, reservation services and Internet access. In a context of high mobility (i. E. The TGV), the consequences of the Doppler Effect on the performance of such systems are important: it’s impossible to use high data rate modulations. Our objective is to propose solutions to minimize this damage. It covers an efficient estimation of a time-varying channel in an OFDM system. In order to estimate the channel, which is essential for the equalization of data, pilots sub-carriers are inserted into the OFDM symbol. The channel is estimated in the time domain and temporal variations of each path are modeled by a set of functions (BEM Modeling Basis expansion). The channel is obtained by the corresponding base coefficients. A pilot structure is proposed, it consists to vary the positions of pilot sub-carriers from a symbol to another. The positions of the pilot sub-carriers are allocated dynamically during the transmission of OFDM symbols. We talk about the dynamic allocation of pilots sub-carriers (ADP). The estimated time-varying channel is better and therefore the system performance is improved compared to the Doppler effect. In a multiuser OFDM system, we propose to exploit the idea of ADP to create a spatial diversity. Each user is identified by a unique combination of pilot sub-carriers. Using the cooperation between different users (spatial diversity), the estimated time-varying channel is improved and the fatal effects of the Doppler Effect is reduced.