Techniques d’accès multiple

Techniques d’accès multiple

Dans le contexte actuel de recherche de débits toujours plus élevés, le recours aux techniques de surcharge de canal semble incontournable. La maximisation du nombre d’utilisateurs est désormais un enjeu essentiel dans les systèmes d’accès multiple. L’efficacité spectrale peut être augmentée de manière quasi-continue et les pertes résultantes en termes de rapport signal à bruit compensées par des méthodes de détection plus ou moins sophistiquées.

Le channel overloading (ou surcharge de canal) intervient lorsqu’un système admet un nombre d’utilisateurs supérieur à ce que permet l’utilisation de signaux orthogonaux. On peut le décrire simplement comme suit : supposons que tous les utilisateurs emploient la même modulation et nécessitent le même débit d’information. Ils demandent par conséquent la même largeur de bande de W Hz que dans le cas mono-utilisateur.

Dans ce cas, le concept de channel overloading consiste à avoir plus de N utilisateurs sur un canal à accès multiple de largeur de bande NW ⋅ Hz. Dans ce qui suit, nous ne ferons pas la distinction entre multiplexage et accès multiple. Le premier désigne la fonction réalisée à la station de base, et le second désigne la fonction mise en œuvre par les terminaux des utilisateurs pour communiquer avec la station de base.

La différence réside dans le fait que dans le multiplexage, tous les composants du signal sont disponibles localement, alors que les composants du signal en accès multiple proviennent de zones géographiques différentes, et leurs différences de timing et d’amplitudes doivent être compensées. Lorsque cette compensation est parfaite et le canal est gaussien, l’accès multiple coïncide pour l’essentiel avec le multiplexage.

On supposera par la suite que la synchronisation et le contrôle de puissance sont parfaits, ce qui fait coïncider l’accès multiple et le multiplexage sur un canal gaussien. En guise d’introduction, nous allons passer en revue les techniques d’accès multiple les plus classiques. L’analyse de ces techniques au regard du nombre maximal d’utilisateurs qu’elles permettent nous conduit à concevoir des schémas permettant la surcharge de canal.

Dès lors qu’il existe une ressource physique (le canal de communications) pour plusieurs utilisateurs, il est nécessaire de définir le principe de partage de cette ressource entre les différents utilisateurs, ce afin que plusieurs communications puissent avoir lieu simultanément : c’est ce qui est désigné par méthode d’accès multiple.

On distingue trois techniques principales parmi les méthodes déterministes d’accès multiple, selon la façon dont sont allouées les ressources en fréquence et en temps (voir [8, 80]) : • le FDMA (Frequency-Division Multiple Access) ou AMRF (Accès Multiple à Répartition en Fréquence), • le TDMA (Time-Division Mutliple Access) ou AMRT (Accès Multiple à Répartition en Temps), • et le CDMA (Code-Division Multiple Access) ou AMRC (Accès Multiple à Répartition en Code). 

FDMA (Frequency-Division Multiple Access)

La technique d’accès multiple par répartition en fréquence est l’une des plus anciennes méthodes d’accès multiple. Dans cette technique, c’est la ressource spectrale qui est partagée entre les utilisateurs : la bande de fréquence disponible est divisée en un nombre N de sous-canaux, qui sont ensuite affectés à chacun des utilisateurs actifs. Ainsi, chaque utilisateur se voit allouer une bande de fréquence spécifique (voir figure 1.1a).

La synchronisation entre utilisateurs n’est pas nécessaire. A la réception, la séparation se fait par filtrage passe-bande. 10 Si la largeur de bande W est partagée entre K utilisateurs, chacun d’eux émet avec une puissance moyenne P dans une bande WK, et la capacité CK de chaque utilisateur est donnée par (en supposant qu’il n’y a ni interférences entre utilisateurs ni ressource perdue) :   K 1 log 1 2 C P W K WK N = +     . (1.2) ( )   tot 0

La capacité totale théorique des K utilisateurs (en supposant une isolation parfaite entre canaux) est donnée par la somme des capacités des différents utilisateurs : KP C KC W WN   K log 1 = = +   2 .   (1.3) 0 Cette expression montre que la capacité totale augmente avec le nombre d’utilisateurs.

Toutefois, puisque chaque utilisateur émet avec une puissance P, la puissance totale tot P croît linéairement avec le nombre d’utilisateurs : tot utilisateur est = P KP . Ainsi, à puissance totale fixée tot P P K tot P , la puissance par = et, dès lors, la capacité totale ne dépend pas du nombre d’utilisateurs K. En pratique, la capacité n’augmente donc pas avec le nombre d’utilisateurs sur le canal.