Simulation comparative des techniques FBMC et OFDM pour les réseaux 5G

Les systèmes de transmission numériques

Les systèmes de transmission numérique véhiculent de l’information entre une source et un destinataire en utilisant un support physique appelé canal de transmission. La source émet un message numérique sous la forme d’une suite d’éléments binaires, ensuite le codeur applique deux fonction la première appelée codage en ligne associe un support physique adéquat aux éléments abstraits émis par la source. Le second appelée codage correcteur d’erreurs elle introduit de la redondance dans le signal émis pour le protéger contre le bruit et les parasites présents sur le canal de transmission. Enfin du coté récepteur les fonctions de démodulation et de décodage sont les inverses respectifs des fonctions de modulation et de codage situées du côté émetteur. Les signaux transportés peuvent être soit directement d’origine numérique comme dans les réseaux de données, soit d’origine analogique (parole, image…) mais convertis sous une forme numérique.

Architecture d’une chaine de transmission numérique 

➤ L’émetteur : A pour objectif d’adapter l’information de la source avant de transmettre à travers un canal de propagation. En effet, à partir du signal reçu, le récepteur fait l’opération pour récupérer l’information de la source [2].
➤ Codage de source : La séquence transmise par la source doit être la plus courte possible pour augmenter le débit de transmission nécessaire et optimiser l’utilisation des ressources du systèmes. Le codeur de source a pour objectif de compresser les données en éliminant les éléments binaires non significatifs. Le principe du codage de source a été publié par Shannon.
➤ Codage de canal : Lors du passage à travers le canal de transmission, le signal est soumis à divers interférences, introduisant des erreurs en réception. Afin d’augmenter la fiabilité de la transmission, un codage de canal introduit de la redondance dans la séquence d’information. Le récepteur connaît la loi de codage utilisée et est donc capable de détecter et corriger les données binaires erronées.
➤ La modulation numérique : A pour but principal de moduler ou de transformer les signaux binaires en formes d’ondes de signal (amplitude et phase) car les canaux réels ne permettent que la transmission des signaux électriques de ce type [4]. La séquence d’information binaire passe par un modulateur numérique qui sert d’interface avec le canal de transmission en donnant au signal une enveloppe physique.

A chaque élément ou groupe d’éléments binaire est associée une forme d’onde selon une loi de modulation, cette forme d’onde est générée par le convertisseur binaire. Chaque forme d’onde associée à un groupe de bits est appelée « symbole », le tout formant alors un signal susceptible d’être envoyé dans le canal par une fréquence porteuse.

➤ Canal de communication : Un canal de communications est un milieu physique qui est utilisé pour la transmission d’un signal à partir d’un émetteur jusqu’au récepteur et au cours de transmission effet de bruit est considéré comme une perturbation aléatoire qui vient de l’extérieur et de l’intérieur du récepteur [2].
➤ La démodulation numérique : La démodulation permet de récupérer l’information envoyée par l’émetteur. C’est la fonction de base du récepteur. Son implantation dépend évidemment de la modulation utilisée.
➤ Décodage de canal : Le décodage de canal consiste dans un premiers temps à détecter la présence d’erreurs dans l’information et puis dans un deuxième temps de les corriger. A partir de ces deux actions découlent trois principales stratégies : Les stratégies ARQ (Automatic Repeat Request) qui se limitent à détecter la présence d’éventuelles erreurs, la correction s’effectuent par retransmission des blocs erronés, les stratégies FES (Forward Error Correction) mettant en œuvre les codes permettant la détection et la correction des erreurs sans aucune retransmission. Enfin, les systèmes hybrides combinent entre les deux techniques.
➤ Décodage de source : Le décodage de source consiste à reconstituer, par l’application de l’algorithme de décodage source « décompression par exemple », l’information originale de la séquence de substitution.
➤ Le récepteur : A pour objectif de reconstituer au mieux, le message émis à partir du signal reçu. Il comprend des circuits d’amplification de changement de fréquence de démodulation et d’échantillonnage. Enfin, un dispositif de décision : identifie la valeur des symboles binaires transmis.

Description des phénomènes physiques dans un canal 

L’interaction de l’onde avec le milieu provoque des perturbations celle si sont absorbés à deux niveaux distincts, leur impact est visible à grand ou petite échelle.

Phénomènes à grande échelle
Les évanouissements à grande échelle définissent les fluctuations de la puissance moyenne mesurées sur un déplacement ou sur un intervalle de temps suffisamment grands. Les deux phénomènes à l’origine des variations à grande échelle sont les pertes en distance et les effets de masquage .

Phénomènes à petite échelle
L’origine de ces phénomènes est liée à la présence d’objets de natures, de dimensions et de positions variables au sein du canal. Ces objets engendrent l’apparition de multiples répliques du signal transmis interférant de façon destructives ou constructives. On parle alors de propagation à trajets multiples. Dans cette configuration, l’onde utilise pour se propager les phénomènes de réflexion, réfraction, diffraction et diffusion.

• Réflexion (surfaces lisses) /Réfraction (milieux translucides) : La réflexion survient lorsqu’une onde électromagnétique frappe une surface lisse de très grandes dimensions par rapport à sa longueur d’onde λ telle que les murs, les bâtiments, le sol, nous avons donc un phénomène de réflexion
• Diffraction (angles, pointes) : La diffraction se produit lorsque le chemin de propagation est obstrué par un obstacle imperméable aux ondes électromagnétiques présentant des dimensions faibles devant la longueur d’onde ou possédant des arêtes vives. Selon le principe de Huyghens, chaque point du front d’onde se comporte comme une source secondaire.

L’énergie transmise par ces sources permet au signal de se propager jusqu’au récepteur en l’absence de visibilité directe ou de l’intervention d’autres types d’interactions.

• Diffusion : La diffusion apparaît s’il existe sur le trajet de l’onde un regroupement très dense d’objets de dimensions du même ordre de grandeur que la longueur d’onde. Le même phénomène est observé avec une surface présentant des aspérités suffisamment petites. La diffusion est le cas limite de la réflexion pour laquelle aucune direction privilégiée ne peut être identifiée.