Sensibilité des systèmes OFDM-CDMA aux erreurs de synchronisation en réception radio-mobile.
Résumé
In the research area of wireless communications, the combination of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) and Code Division Multiple Access (CDMA) has been investigated for the fourth generation telephony systems.
In this thesis, a detailed description of the two dimensional (2D) spreading system, called « OFDM-CDMA », is developed for the downlink communication scheme. The goal of this the thesis is multifold.
First, a comparison between the performance of different spreading schemes is identified to show the benefit supported by the 2D solution with respect to the 1D spreading solutions.
Second, it is known that these different solutions implement a large number of sub-carriers and as a consequence, will be high sensitive to Radio Frequency (RF) impairments and synchronization errors.
Thus, we established the sensitivities of these multi carrier spreading systems to these impairments as well as their sensitivities to channel estimation errors and Doppler spread while the orthogonality between codes is accounted for.
These sensitivities are given in terms of the Signal to Interference and Noise Ratio (SINR) at the output of the detector.
In order to show how these sensitivities may change with the channel coding, we established a relation between the link level measure expressed in terms of the SINR and the system level measure expressed in terms of the Bit Error Rate (BER) at the output of the channel decoder.
Eventually, we gave granted limits on the values of the impairments as well as a comparison between degradations of different spreading schemes due to these impairments.
In this thesis, a detailed description of the two dimensional (2D) spreading system, called « OFDM-CDMA », is developed for the downlink communication scheme. The goal of this the thesis is multifold.
First, a comparison between the performance of different spreading schemes is identified to show the benefit supported by the 2D solution with respect to the 1D spreading solutions.
Second, it is known that these different solutions implement a large number of sub-carriers and as a consequence, will be high sensitive to Radio Frequency (RF) impairments and synchronization errors.
Thus, we established the sensitivities of these multi carrier spreading systems to these impairments as well as their sensitivities to channel estimation errors and Doppler spread while the orthogonality between codes is accounted for.
These sensitivities are given in terms of the Signal to Interference and Noise Ratio (SINR) at the output of the detector.
In order to show how these sensitivities may change with the channel coding, we established a relation between the link level measure expressed in terms of the SINR and the system level measure expressed in terms of the Bit Error Rate (BER) at the output of the channel decoder.
Eventually, we gave granted limits on the values of the impairments as well as a comparison between degradations of different spreading schemes due to these impairments.
Dans le cadre des systèmes de communications radio mobiles de la 4ème génération, on s'est intéressé aux systèmes combinant les techniques d'étalement par les codes et de transmission à porteuses multiples.
La thèse consiste à étudier en premier lieu les performances des différents types de combinaisons de l'OFDM et du CDMA, appelées sous le nom générique « OFDM-CDMA », dans un environnement parfaitement synchronisé dans une liaison descendante avec les mêmes conditions de transmission : charge du système, constellation, rendement du codage.
Une fois la comparaison des différents systèmes établie dans un contexte parfaitement synchronisé, on traitera le problème des imperfections de transmission : erreurs des synchronisation, imperfections Radio Fréquences (RF), estimation du canal, effet Doppler.
Les différents types d'erreurs de synchronisation étudiés dans le manuscrit sont la synchronisation de la fenêtre temporelle, la synchronisation des fréquences porteuse, et d'échantillonnage.
Les imperfections RF étudiées consistent en le bruit de phase et la gigue d'horloge.
Les sensibilités de l'OFDM-CDMA à ces erreurs sont évaluées en fonction du Rapport Signal à Interférence plus Bruit (RSIB) en sortie du détecteur en tenant compte de l'orthogonalité entre les codes d'étalement.
Finalement, on s'intéresse à évaluer les performances de ces systèmes en terme du Taux d'Erreur Binaire (TEB) en sortie du décodeur et à faire le lien entre le RSIB en sortie du détecteur et le TEB en sortie du décodeur.
En conclusion de ce travail, on peut tirer des limites tolérées sur les imperfections de transmission de ces systèmes ainsi qu'une comparaison entre leurs performances.
La thèse consiste à étudier en premier lieu les performances des différents types de combinaisons de l'OFDM et du CDMA, appelées sous le nom générique « OFDM-CDMA », dans un environnement parfaitement synchronisé dans une liaison descendante avec les mêmes conditions de transmission : charge du système, constellation, rendement du codage.
Une fois la comparaison des différents systèmes établie dans un contexte parfaitement synchronisé, on traitera le problème des imperfections de transmission : erreurs des synchronisation, imperfections Radio Fréquences (RF), estimation du canal, effet Doppler.
Les différents types d'erreurs de synchronisation étudiés dans le manuscrit sont la synchronisation de la fenêtre temporelle, la synchronisation des fréquences porteuse, et d'échantillonnage.
Les imperfections RF étudiées consistent en le bruit de phase et la gigue d'horloge.
Les sensibilités de l'OFDM-CDMA à ces erreurs sont évaluées en fonction du Rapport Signal à Interférence plus Bruit (RSIB) en sortie du détecteur en tenant compte de l'orthogonalité entre les codes d'étalement.
Finalement, on s'intéresse à évaluer les performances de ces systèmes en terme du Taux d'Erreur Binaire (TEB) en sortie du décodeur et à faire le lien entre le RSIB en sortie du détecteur et le TEB en sortie du décodeur.
En conclusion de ce travail, on peut tirer des limites tolérées sur les imperfections de transmission de ces systèmes ainsi qu'une comparaison entre leurs performances.
Mots clés
Digital communications
Radio mobile Communications
4th generation systems
Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
Code Division Multiple Access (CDMA)
2Dimension spreading
Synchronization
Radio Frequency (RF) impairments
Signal to Interference and Noise Ratio
Communications numériques
RadioCommunications mobiles
Systèmes de la 4ème génération
Transmission multi-porteuses
Accès multiple à répartition par codes
Etalement à deux dimensions
Synchronisation
Imperfections Radio Fréquence (RF)
Rapport Signal à Interférence plus Bruit (RSIB)
orthogonalité des codes
RSIB exponentiel effectif
canal multi-trajet
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