Stratégies robustes pour la multiégalisation

Depuis plusieurs années, les télécommunications sans fil sont en grande évolution. Ceci est principalement dû à une popularité de tels systèmes qui atteint aujourd’hui de grandes proportions. Le téléphone cellulaire en est un bon exemple, il est devenu un outil de communication peu dispendieux et accessible à tous. D’ailleurs, du point de vue technologique, l’évolution de la micro-électronique est un des grands responsables de cet essor des télécommunications. En effet, dans le secteur des télécommunications sans fil de haut débit les circuits programmables sont souvent utilisés car ils ont maintenant une grande capacité logique et ils sont très rapides. De plus, ils sont toujours en constante évolution.

Aujourd’hui, la composition d’un récepteur peut devenir très complexe pour obtenir une excellente qualité de service. Dans ce contexte, l’utilisation d’un égaliseur permet de corriger l’interférence entre symboles (lES) et les évanouissements de puissance causés par les distorsions et la présence de multiples trajets dans le canal. Historiquement, la réalisation matérielle d’un égaliseur nécessitait beaucoup de ressources. En effet, les algorithmes sont généralement composés de plusieurs multiplications et nécessitent beaucoup de calculs par cycle. Par contre, avec la technologie disponible présentement et celle à venir, il est possible de réaliser plus d’un égaliseur dans un seul circuit. C’est de là que provient l’idée première de faire de la multiégalisation. En bref, la multiégalisation est le concept d’utiliser plusieurs égaliseurs en coopération dans le but d’optimiser l’égalisation globale au récepteur. Un second avantage provient du fait qu’en utilisant plusieurs égaliseurs il y en aura nécessairement un qui permet d’atteindre de meilleures performances dans un environnement continuellement changeant. Il faut noter que cet avantage est possible s’il y a des variations importantes des conditions du canal. Par exemple, une personne en communication cellulaire qui part de son travail en ville, par autobus, sera soumise à des évanouissements Doppler plutôt rapides et à de nombreuses réflexions courtes causées par l’environnement urbain. Par contre, une fois rendu à domicile, en milieu rural, les échos peuvent être plus longs, mais les évanouissements Doppler moins rapides. Tout au cours du trajet les variations du canal sont donc très changeantes. D’autre part, c’est par le biais d’une métrique de décision qu’il devient possible d’utiliser le symbole provenant du meilleur égaliseur à tout instant. Logiquement, pour un canal variant dans le temps, les performances du multiégaliseur ne peuvent qu’être supérieures à celle d’un seul filtre adaptatif. Ceci est explicable par le fait qu’ils seront utilisés différemment au cours du temps. Il permettra alors d’offrir une meilleure qualité de service.

CANAUX DE COMMUNICATION 

Dans un système de communications sans fil, les signaux sont transmis à travers un environnement souvent hostile qui détériore de façon marquée les performances du système. Heureusement, depuis plusieurs années, la recherche en télécommunications et en traitement numérique du signal a permis de développer des techniques permettant d’améliorer ces performances. La modulation, le codage et l’égalisation en sont de bons exemples. Pour évaluer les performances de telles techniques, une modélisation adéquate du canal doit être réalisée. En effet, elle doit représenter le plus fidèlement possible la réalité physique de l’environnement d’utilisation, soit le canal. En pratique, les phénomènes qui causent de la distorsion sur le signal sont explicables par différents processus physiques de propagation des ondes électromagnétiques dans l’air. Ces caractéristiques physiques sont d’ailleurs variables aléatoirement. Ceci a pour effet de faire varier la réponse impulsionnelle du canal en fonction du temps.

Phénomènes de propagation 

Trajets multiples, étalement du délai et évanouissements 

Lors de la propagation d’une onde électromagnétique dans l’air, différentes réflexions ainsi que de la diffusion atmosphérique peuvent êtres observées. En effet, en plus de l’effet de propagation le signal sera réfléchi sur divers obstacles comme des édifices, des montagnes ou tout autre objet de l’environnement. Le signal transmis empruntera donc différents trajets pour parvenir au récepteur. C’est ce qu’on appelle une propagation à trajets multiples (Multipath propagation). Il y a donc des changements constants dans l’environnement de dissipation. Ceci amène des fluctuations sur l’amplitude, la phase et le délai entre les trajets. D’ailleurs, le signal reçu sera vu comme une suite de répliques du signal transmis, mais avec différentes distorsions .

Classification des modèles de canal et leurs caractéristiques 

Depuis plusieurs années, la modélisation d’un canal de télécommunication est un sujet bien étudié. Il existe donc une grande variété de modèles qui ont été caractérisés selon les multiples environnements possibles : urbain, rural, montagneux, dans la forêt. Cependant, ils représentent tous les mêmes phénomènes de propagation à multiples trajets, d’évanouissements et de pertes de chemin, mais avec différentes caractéristiques. Dans ce document, cinq modèles y sont répertoriés.

La première grande classe est celle des modèles à évanouissements uniformes en fréquence. Celle-ci, est représentée par une réponse en fréquence constante et une phase linéaire pour une largeur de bande plus grande que celle du signal transmis. Les caractéristiques spectrales du signal sont donc conservées, mais la puissance demeure variable selon les fluctuations du canal. C’est donc un canal à large bande. Dans ce cas, l’étalement du délai (delay spread) est inférieur à la période d’un symbole. Ce sont généralement les modèles à évanouissements de Rayleigh et de Rice qui représentent ce scénario. D’ailleurs, le modèle de Rayleigh suppose qu’aucun trajet en vue directe n’est perçu par le récepteur (Non-Line-Of-Sight : NLOS). Le modèle de Rice quant à lui suppose que les antennes permettent un trajet en vue directe (Line-Of-Sight: LOS).

La deuxième classe comporte les modèles à évanouissements dispersifs en fréquence. Ces derniers sont caractérisés par un gain constant et une phase linéaire sur une largeur de bande de canal inférieure à celle des symboles transmis. Dans ce cas, l’étalement du délai sera plus grand que la durée d’un symbole. Différentes répliques du signal seront alors reçues et provoqueront des évanouissements de puissance causés par les effets constructeurs et destructeurs sur le signal reçu (lES).

Finalement, le modèle du Stanford University Interim (SUI) a été considéré. Ce dernier caractérise une communication à point fixe sans trajet en vue directe. Il englobe différentes caractéristiques de chacun des modèles présentés précédemment. En effet, selon les paramètres du modèle il peut représenter un canal uniforme ou dispersif en fréquence .