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La technique de transmission
OFDM
Réalisé par:
Kileni Bouchnag
OUAGHLANI Chiheb
1
PLAN
• Définition de l’OFDM
• Le fonctionnement de la technique OFDM
• Les avantages et les inconvénients de la
technique OFDM
• Le domaine d’utilisation de l’OFDM
• Conclusion
2
Qu'est ce que l'OFDM ?
• L'Orthogonal Frequency Division Multiplexing : une technique
de transmission de données apparait depuis les années 60.
• Délaissé lors du développement de la théorie de l’égalisation
pour les systèmes mono-porteuses (de moindre complexité).
• Retour de l’ OFDM vers le milieu des années 80, au projet de
radiodiffusion numérique DAB (Digital Audio Broadcasting).
3
Fonctionnement de l’OFDM
• Pour émettre un signal, l'OFDM divise une plage de fréquence
en plusieurs sous-canaux espacés par des zones libres de
tailles fixes. Comme si l'on combinait le signal à transmettre
sur un grand nombre de systèmes de transmission (des
émetteurs, par exemple) indépendants et à des fréquences
différentes.
• Un préfixe cyclique (Intervalle de Garde) ajouté au début du
symbole et ce préfixe est identique au segment de même
longueur à la fin du symbole. Longueur de cet intervalle est
choisie de façon à être supérieure à la valeur maximale de
délai dû à l’effet de trajet multiple.
4
Motivation
• Augmenter le débit à courte distance
• Augmenter la robustesse au fading
• Exploiter les techniques multi-porteuses
• Exploiter toute la bande.
5
Schéma bloc d’un système OFDM
• Schéma d’un système OFDM complet comportant un émetteur, un
récepteur et un canal radio à travers lequel se fait la transmission.
6
• On a le générateur des données qui vont être transmises,
ensuite on a un convertisseur S/P qui divise les données
à son entrée en des flux de données parallèles de débits
réduits.
• On a encore le bloc de modulation numérique (QAM, 16-
QAM …), le bloc d’insertion et d’omission de temps de
garde, les blocs FFT et IFFT pour la modulation et
démodulation des sous-porteuses.
• Enfin les blocs caractérisant le canal de transmission. A
la sortie, on rejoint les flux de données parallèles pour
reconstituer les données initiales.
7
Le mode 802.11a : OFDM à 5GHz
• Le système de multiplexage OFDM utilise une division du
signal numérique à transmettre et à recevoir en 52 canaux de
sous-porteuses avec un débit théorique maximum de 54
Mbits/s (en réalité 30 Mbits/s). Il est possible de réduire ce
débit à 48, 36, 24, 18, 12, 9 ou 6 Mbits/s. Les sous-porteuses
sont modulées soit par sauts de phase , soit par modulation
d'amplitude en quadrature.
• Cette technique préconisée par la norme IEEE 802.11a permet
de réaliser une liaison fiable et sûre sur une bande de
fréquences peu encombrée.
8
9
10
Le mode 802.11g : OFDM 2.4GHz
• Les procédés d’étalement de spectre , de modulation et de
codage des signaux numériques à transmettre employés par
la norme permettent un séquencement des débits pouvant
atteindre 54 Mbits/s dans la bande de fréquences des 2,4
GHz.
• DSSS-OFDM: technique d'étalement de spectre DSSS
combinée au procédé de modulation OFDM permettant
d'avoir la séquence de débits 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 et 54
Mbits/s.
11
• Objectif : faire profiter de la couche PHY
• obtenue à 5GHz pour la bande ISM à 2,4GHz
• Option de compatibilité ascendante
• Basé sur la même norme que 802.11a
• Attention, les canaux sont fortement recouvrant
• Principe : garder les principes de 802.11a, mais
• avec la gestion d’une entête compatible avec
• 802.11b.
• Le préambule ne peut donc être en 802.11g.
12
802.11g channels in 2.4 GHz band
13
Channel Center Frequency Channel Width Overlaps Channels
1 2.412 GHz 2.401 GHz - 2.423 GHz 2,3,4,5
2 2.417 GHz 2.406 GHz - 2.428 GHz 1,3,4,5,6
3 2.422 GHz 2.411 GHz - 2.433 GHz 1,2,4,5,6,7
4 2.427 GHz 2.416 GHz - 2.438 GHz 1,2,3,5,6,7,8
5 2.432 GHz 2.421 GHz - 2.443 GHz 1,2,3,4,6,7,8,9
6 2.437 GHz 2.426 GHz - 2.448 GHz 2,3,4,5,7,8,9,10
7 2.442 GHz 2.431 GHz - 2.453 GHz 3,4,5,6,8,9,10,11
8 2.447 GHz 2.436 GHz - 2.458 GHz 4,5,6,7,9,10,11,12
9 2.452 GHz 2.441 GHz - 2.463 GHz 5,6,7,8,10,11,12,13
10 2.457 GHz 2.446 GHz - 2.468 GHz 6,7,8,9,11,12,13
11 2.462 GHz 2.451 GHz - 2.473 GHz 7,8,9,10,12,13
12 2.467 GHz 2.456 GHz - 2.478 GHz 8,9,10,11,13
13 2.472 GHz 2.461 GHz - 2.483 GHz 9,10,11,12
Quels en sont les avantages et les
inconvénients ?
• La transmission d'informations par le biais de l'OFDM est
particulièrement adaptée aux réseaux locaux ou
métropolitains mais perd de son intérêt sur des réseaux à
grandes échelles. Sur les zones denses, la technologie OFDM
permet d'éliminer les phénomènes de bruits ponctuels ou
d'évanouissements temporaires du signal sans recourir à des
algorithmes parfois complexes. En revanche, plus les
perturbations s'amplifient, plus la technologie perd de son
intérêt car il faut alors mettre en place des méthodes de
filtrages ou de codages qui réduisent fortement les débits.
14
15
• L’OFDM présente une grande simplicité dans la modulation
et la démodulation ayant besoin d’un seul modulateur et d’un
seul démodulateur. Ceci a lieu dans le cas où les
différents éléments fondamentaux sont correctement
sélectionnés : Nombreuses porteuses orthogonales, intervalle de
garde, entrelacement et des bonnes informations sur l’état du
canal.
Qui utilise l'OFDM ?
• Le câble, le satellite mais aussi l'ADSL fonctionnent sur le
principe de l'OFDM pour la diffusion (broadcast) de sons, de
données ou de vidéos. Mais de plus en plus, l'OFDM se
destine aux systèmes de communications sans fil. Ainsi, les
réseaux 802.11a et 802.11g offrent des débits théoriques
jusqu'à 54 Mbits/s, là où le protocole 802.11b, non OFDM, se
limite à 11 Mbits/s. Des tests sont en cours pour mettre en
place cette norme de communication sur les équipements
Wimax et Ultra Wide Band. Siemens et Motorola ont
également fait la démonstration de réseaux de téléphonie
mobile de quatrième génération compatibles OFDM
fonctionnant à plus de 300 Mbits/s.
16
Succès du déploiement des systèmes de communication de la
téléphonie mobile, et la fusion entre les réseaux informatiques et
les systèmes de communication sans fil.
Bon futur dans le monde de communication sans fil à haut débit
comme l’accès à l’Internet et les applications multimédia.
Un des majeurs problèmes que rencontre la transmission à débit
élevé est le problème de trajet multiple.
L’OFDM : une bonne solution pour les trajets multiples en divisant
la bande de transmission en N sous-canaux orthogonaux.
17
Conclusion
18
Notion d’orthogonalité
• La différence fondamentale entre les différentes techniques classiques de
modulation multi-porteuses et l’OFDM est que cette dernière autorise un fort
recouvrement spectral entre les sous-porteuses, ce qui permet d’augmenter
sensiblement leur nombre ou d’amoindrir l’encombrement spectral. Cependant,
pour que ce recouvrement n’ait pas d’effet néfaste, les porteuses doivent
respecter une contrainte d’orthogonalité, à la fois dans les domaines temporel et
fréquentiel.
• L’utilisation d’un très grand nombre de porteuses est une perspective presque
effrayante : il faut sûrement beaucoup de modulateurs / démodulateurs et de
filtres? Il faut aussi davantage de largeur de bande. Il est heureusement simple de
résoudre ces deux problèmes en spécifiant un espacement rigoureusement
régulier de u u f = 1 T entre les sous-porteuses, où est la période (utile ou active)
du symbole pendant laquelle le récepteur intègre le signal démodulé. Les
porteuses forment alors ce que les mathématiciens appellent un ensemble
orthogonal
19
Préservation de l’orthogonalité
(Intervalle de garde) :
• Une même suite de symbole arrivant à un récepteur par deux chemins différents se présente
comme une même information arrivant à deux instants différents, elles vont donc
s’additionner provoquant ainsi les deux types de défauts suivants :
• L'interférence intra symbole: Addition d'un symbole avec lui-même légèrement déphasé.
• L'interférence inter symbole: addition d'un symbole avec le suivant plus le précédant
légèrement déphasé.
• Entre chaque symbole transmis, on insère une zone "morte" appelée intervalle de garde.
• De plus, la durée utile d'un symbole sera choisie suffisamment grande par rapport à
l'étalement des échos. Ces deux précautions vont limiter l'interférence inter symbole.
• La durée pendant laquelle est émise l’information diffère de la période symbole car il faut
prendre en compte, entre deux périodes utiles, un "temps de garde" qui a pour but
d’éliminer l’ISI qui subsiste malgré l’orthogonalité des porteuses. Pour que cet intervalle de
garde soit efficace, sa durée doit être au moins égale à l’écho non négligeable le plus long
(celui qui a le retard maximal).
• Entre la période symbole, la période utile et l’intervalle de garde s’instaurent donc la relation
Ts = Tu + Tg
20
• Le temps de garde, s’il peut être un intervalle
de garde "blanc" pendant lequel on n’émet
rien, est plus généralement une copie de la fin
de la trame OFDM. Si cette méthode est
efficace pour lutter contre l’ISI, elle pénalise
cependant sensiblement le débit de
transmission, et certains systèmes OFDM
profitent des progrès dans le domaine de
l’égalisation pour s’en affranchir.
21

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La technique de transmission OFDM

  • 1. La technique de transmission OFDM Réalisé par: Kileni Bouchnag OUAGHLANI Chiheb 1
  • 2. PLAN • Définition de l’OFDM • Le fonctionnement de la technique OFDM • Les avantages et les inconvénients de la technique OFDM • Le domaine d’utilisation de l’OFDM • Conclusion 2
  • 3. Qu'est ce que l'OFDM ? • L'Orthogonal Frequency Division Multiplexing : une technique de transmission de données apparait depuis les années 60. • Délaissé lors du développement de la théorie de l’égalisation pour les systèmes mono-porteuses (de moindre complexité). • Retour de l’ OFDM vers le milieu des années 80, au projet de radiodiffusion numérique DAB (Digital Audio Broadcasting). 3
  • 4. Fonctionnement de l’OFDM • Pour émettre un signal, l'OFDM divise une plage de fréquence en plusieurs sous-canaux espacés par des zones libres de tailles fixes. Comme si l'on combinait le signal à transmettre sur un grand nombre de systèmes de transmission (des émetteurs, par exemple) indépendants et à des fréquences différentes. • Un préfixe cyclique (Intervalle de Garde) ajouté au début du symbole et ce préfixe est identique au segment de même longueur à la fin du symbole. Longueur de cet intervalle est choisie de façon à être supérieure à la valeur maximale de délai dû à l’effet de trajet multiple. 4
  • 5. Motivation • Augmenter le débit à courte distance • Augmenter la robustesse au fading • Exploiter les techniques multi-porteuses • Exploiter toute la bande. 5
  • 6. Schéma bloc d’un système OFDM • Schéma d’un système OFDM complet comportant un émetteur, un récepteur et un canal radio à travers lequel se fait la transmission. 6
  • 7. • On a le générateur des données qui vont être transmises, ensuite on a un convertisseur S/P qui divise les données à son entrée en des flux de données parallèles de débits réduits. • On a encore le bloc de modulation numérique (QAM, 16- QAM …), le bloc d’insertion et d’omission de temps de garde, les blocs FFT et IFFT pour la modulation et démodulation des sous-porteuses. • Enfin les blocs caractérisant le canal de transmission. A la sortie, on rejoint les flux de données parallèles pour reconstituer les données initiales. 7
  • 8. Le mode 802.11a : OFDM à 5GHz • Le système de multiplexage OFDM utilise une division du signal numérique à transmettre et à recevoir en 52 canaux de sous-porteuses avec un débit théorique maximum de 54 Mbits/s (en réalité 30 Mbits/s). Il est possible de réduire ce débit à 48, 36, 24, 18, 12, 9 ou 6 Mbits/s. Les sous-porteuses sont modulées soit par sauts de phase , soit par modulation d'amplitude en quadrature. • Cette technique préconisée par la norme IEEE 802.11a permet de réaliser une liaison fiable et sûre sur une bande de fréquences peu encombrée. 8
  • 9. 9
  • 10. 10
  • 11. Le mode 802.11g : OFDM 2.4GHz • Les procédés d’étalement de spectre , de modulation et de codage des signaux numériques à transmettre employés par la norme permettent un séquencement des débits pouvant atteindre 54 Mbits/s dans la bande de fréquences des 2,4 GHz. • DSSS-OFDM: technique d'étalement de spectre DSSS combinée au procédé de modulation OFDM permettant d'avoir la séquence de débits 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 et 54 Mbits/s. 11
  • 12. • Objectif : faire profiter de la couche PHY • obtenue à 5GHz pour la bande ISM à 2,4GHz • Option de compatibilité ascendante • Basé sur la même norme que 802.11a • Attention, les canaux sont fortement recouvrant • Principe : garder les principes de 802.11a, mais • avec la gestion d’une entête compatible avec • 802.11b. • Le préambule ne peut donc être en 802.11g. 12
  • 13. 802.11g channels in 2.4 GHz band 13 Channel Center Frequency Channel Width Overlaps Channels 1 2.412 GHz 2.401 GHz - 2.423 GHz 2,3,4,5 2 2.417 GHz 2.406 GHz - 2.428 GHz 1,3,4,5,6 3 2.422 GHz 2.411 GHz - 2.433 GHz 1,2,4,5,6,7 4 2.427 GHz 2.416 GHz - 2.438 GHz 1,2,3,5,6,7,8 5 2.432 GHz 2.421 GHz - 2.443 GHz 1,2,3,4,6,7,8,9 6 2.437 GHz 2.426 GHz - 2.448 GHz 2,3,4,5,7,8,9,10 7 2.442 GHz 2.431 GHz - 2.453 GHz 3,4,5,6,8,9,10,11 8 2.447 GHz 2.436 GHz - 2.458 GHz 4,5,6,7,9,10,11,12 9 2.452 GHz 2.441 GHz - 2.463 GHz 5,6,7,8,10,11,12,13 10 2.457 GHz 2.446 GHz - 2.468 GHz 6,7,8,9,11,12,13 11 2.462 GHz 2.451 GHz - 2.473 GHz 7,8,9,10,12,13 12 2.467 GHz 2.456 GHz - 2.478 GHz 8,9,10,11,13 13 2.472 GHz 2.461 GHz - 2.483 GHz 9,10,11,12
  • 14. Quels en sont les avantages et les inconvénients ? • La transmission d'informations par le biais de l'OFDM est particulièrement adaptée aux réseaux locaux ou métropolitains mais perd de son intérêt sur des réseaux à grandes échelles. Sur les zones denses, la technologie OFDM permet d'éliminer les phénomènes de bruits ponctuels ou d'évanouissements temporaires du signal sans recourir à des algorithmes parfois complexes. En revanche, plus les perturbations s'amplifient, plus la technologie perd de son intérêt car il faut alors mettre en place des méthodes de filtrages ou de codages qui réduisent fortement les débits. 14
  • 15. 15 • L’OFDM présente une grande simplicité dans la modulation et la démodulation ayant besoin d’un seul modulateur et d’un seul démodulateur. Ceci a lieu dans le cas où les différents éléments fondamentaux sont correctement sélectionnés : Nombreuses porteuses orthogonales, intervalle de garde, entrelacement et des bonnes informations sur l’état du canal.
  • 16. Qui utilise l'OFDM ? • Le câble, le satellite mais aussi l'ADSL fonctionnent sur le principe de l'OFDM pour la diffusion (broadcast) de sons, de données ou de vidéos. Mais de plus en plus, l'OFDM se destine aux systèmes de communications sans fil. Ainsi, les réseaux 802.11a et 802.11g offrent des débits théoriques jusqu'à 54 Mbits/s, là où le protocole 802.11b, non OFDM, se limite à 11 Mbits/s. Des tests sont en cours pour mettre en place cette norme de communication sur les équipements Wimax et Ultra Wide Band. Siemens et Motorola ont également fait la démonstration de réseaux de téléphonie mobile de quatrième génération compatibles OFDM fonctionnant à plus de 300 Mbits/s. 16
  • 17. Succès du déploiement des systèmes de communication de la téléphonie mobile, et la fusion entre les réseaux informatiques et les systèmes de communication sans fil. Bon futur dans le monde de communication sans fil à haut débit comme l’accès à l’Internet et les applications multimédia. Un des majeurs problèmes que rencontre la transmission à débit élevé est le problème de trajet multiple. L’OFDM : une bonne solution pour les trajets multiples en divisant la bande de transmission en N sous-canaux orthogonaux. 17 Conclusion
  • 18. 18
  • 19. Notion d’orthogonalité • La différence fondamentale entre les différentes techniques classiques de modulation multi-porteuses et l’OFDM est que cette dernière autorise un fort recouvrement spectral entre les sous-porteuses, ce qui permet d’augmenter sensiblement leur nombre ou d’amoindrir l’encombrement spectral. Cependant, pour que ce recouvrement n’ait pas d’effet néfaste, les porteuses doivent respecter une contrainte d’orthogonalité, à la fois dans les domaines temporel et fréquentiel. • L’utilisation d’un très grand nombre de porteuses est une perspective presque effrayante : il faut sûrement beaucoup de modulateurs / démodulateurs et de filtres? Il faut aussi davantage de largeur de bande. Il est heureusement simple de résoudre ces deux problèmes en spécifiant un espacement rigoureusement régulier de u u f = 1 T entre les sous-porteuses, où est la période (utile ou active) du symbole pendant laquelle le récepteur intègre le signal démodulé. Les porteuses forment alors ce que les mathématiciens appellent un ensemble orthogonal 19
  • 20. Préservation de l’orthogonalité (Intervalle de garde) : • Une même suite de symbole arrivant à un récepteur par deux chemins différents se présente comme une même information arrivant à deux instants différents, elles vont donc s’additionner provoquant ainsi les deux types de défauts suivants : • L'interférence intra symbole: Addition d'un symbole avec lui-même légèrement déphasé. • L'interférence inter symbole: addition d'un symbole avec le suivant plus le précédant légèrement déphasé. • Entre chaque symbole transmis, on insère une zone "morte" appelée intervalle de garde. • De plus, la durée utile d'un symbole sera choisie suffisamment grande par rapport à l'étalement des échos. Ces deux précautions vont limiter l'interférence inter symbole. • La durée pendant laquelle est émise l’information diffère de la période symbole car il faut prendre en compte, entre deux périodes utiles, un "temps de garde" qui a pour but d’éliminer l’ISI qui subsiste malgré l’orthogonalité des porteuses. Pour que cet intervalle de garde soit efficace, sa durée doit être au moins égale à l’écho non négligeable le plus long (celui qui a le retard maximal). • Entre la période symbole, la période utile et l’intervalle de garde s’instaurent donc la relation Ts = Tu + Tg 20
  • 21. • Le temps de garde, s’il peut être un intervalle de garde "blanc" pendant lequel on n’émet rien, est plus généralement une copie de la fin de la trame OFDM. Si cette méthode est efficace pour lutter contre l’ISI, elle pénalise cependant sensiblement le débit de transmission, et certains systèmes OFDM profitent des progrès dans le domaine de l’égalisation pour s’en affranchir. 21