Les techniques multi-antennes pour les réseaux sans fil

Ghaïs El Zein, Philippe Guguen

Description

Les techniques multi-antennes temps-espace révolutionnent le monde des transmissions sans fil en permettant pour la première fois de multiplexer l'information en espace. Ce mécanisme radicalement nouveau d'exploitation de la dimension spatiale ouvre la voie à une amélioration substantielle du débit et de la qualité des liaisons numériques. Cet ouvrage présente un panorama général des systèmes à réseaux d'antennes d'émission et de réception (MIMO - Multiple Input, Multiple Output), en se plaçant dans le contexte du développement des futures générations de réseaux locaux. Il analyse successivement le canal de propagation spatio-temporel, l'interface propagation-système puis les implications sur le dimensionnement des appareils communicants.

Sujets

• Techniques
• Electronique et Télécommunications
• Electronique et Télécommunications
• Ingénieurie et sciences appliquées
• Ingénieurie et sciences appliquées
• Information Theory
• Computers
• Informatique
• Ordinateur
• Technique
• Théorie de l'information
• Télécommunications

Informations

• Publié par: Hermès - Editions Lavoisier
• Date de parution: 01 septembre 2022
• Nombre de lectures: 6
• EAN13: 9782746217386
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

Les techniques multi-antennes pour les réseaux sans filCet ouvrage appartient à la Collection Technique et Scientifique des
Télécommunications (CTST), publiée sous l’égide du GET (Groupe des écoles
des télécommunications), avec le soutien de France Télécom R&D. Cette
collection rend compte des derniers développements dans l’ensemble des
domaines des sciences et technologies de l’information et de la
communication.
Tous les noms de sociétés ou de produits cités dans cet ouvrage sont utilisés à des fins
d’identification et sont des marques de leurs détenteurs respectifs.
© GET et Lavoisier, Paris, 2004
LAVOISIER
11, rue Lavoisier
75008 Paris
Serveur web : www.hermes-science.com
ISBN 2-7462-0883-0
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Illustration de couverture réalisée par Atelier Isatis d’après un dessin de R. Cosquer.Les techniques
multi-antennes pour
les réseaux sans fil
Philippe Guguen
Ghaïs El ZeinCOLLECTION TECHNIQUE ET SCIENTIFIQUE DES TÉLÉCOMMUNICATIONS
Directeur de la collection
Pierre-Noël FAVENNEC
Comité scientifique de la collection
Président : Claude GUÉGUEN – GET/Direction scientifique,
Michel BERNE – GET/INT, Evry
Frédéric BOUSSINOT – INRIA, Sophia Antipolis
Fanny CARMAGNAT – France Télécom R&D, Issy-les-Moulineaux
Guy CARRÈRE –
Jacques CITERNE – INSA Rennes/CNRS
Marc DACIER – Institut Eurécom, Sophia Antipolis
Frédérique DE FORNEL – LPUB/CNRS, Dijon
Gérard HÉBUTERNE – GET/INT, Evry
Claude KINTZIG –
Xavier LAGRANGE – GET/ENST Bretagne
Jean-Yves LE TRAON – APAST, Lannion
Lionel LEVASSEUR – France Télécom Interactive, Issy-les-Moulineaux
Jean-François MONIN – France Télécom R&D, Lannion
Nicolas MOREAU – GET/Télécom Paris
Michel NEY – GET/ENST Bretagne
Gérard POULAIN –
Gilles PRIVAT – France Télécom R&D, Grenoble
Pierre ROLIN – France Télécom R&D, Issy-les-Moulineaux
Serveur web : ctst.get-telecom.frTable des matières
Avant-propos ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. 9
Acronymesetabréviations . ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. 13
Notationsmathématiques . ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. 15
Chapitre1.Lesréseauxlocauxsansfil .. ... ... ... ... ... ... .. 19
1.1. Problématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2. Le monde des réseaux locaux sansfil . . ... ... ... ... ... .. 21
1.2.1. Organismes de standardisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2.2. Technologies propriétaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3. Techniques de transmission haut-débit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.3.1. Systèmes de communication sansfil ... ... ... ... ... .. 29
1.3.2. Vers les systèmes MIMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.4. Organisation de l’ouvrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.4.1. Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.4.2. Définitions et modèle système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Chapitre2.Lecanaldepropagationradioélectrique .. ... ... ... .. 45
2.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2. Phénomènes physiques de la propagation radioélectrique . . . . . . . . 45
2.2.1. Le signal spatio-temporel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.2.2. Le bruit radioélectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.3. Phénomènes à grande échelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.2.4. à petite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.3. Caractérisation du canal spatio-temporel . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.3.1. Représentations mathématiques du canal de propagation . . . . . 52
2.3.2. Caractérisation déterministe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
56 Les techniques multi-antennes
2.3.2.1. Domaine spatial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.3.2.2. Domaine temporel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.3.3. Caractérisation stochastique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.3.3.1. Statistiques au second ordre : corrélation, dispersion et
cohérence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.3.3.2. Domaine spatial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.3.3.3. temporel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
2.4. Modèles du canal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.4.1. Modèles déterministes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.4.2. stochastiques et stochastiques géométriques . . . . . . . 84
2.5. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Chapitre3.Aspectsdelathéoriedel’information . ... ... ... ... .. 91
3.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.2. Le canal de propagation et le signal numérique . . . . . . . . . . . . . . 92
3.2.1. Sélectivité et dispersion en temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.2.2.vité et en espace . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.2.3. Canaux ergodiques versus canaux non-ergodiques . . . . . . . . . 97
3.3. Théorie de l’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.3.1. Rappels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.3.2. Capacité d’un canal MIMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3.3.2.1. Information d’état du canal en émission et en réception . . . 106
3.3.2.2. Information d’état du canal en réception . . . . . . . . . . . 110
3.3.2.3. Absence complète d’information d’état du canal . . . . . . . 111
3.3.3. Normalisation de la capacité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
3.4. Leçons de la théorie de l’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
3.4.1. Diversité et multiplexage en espace . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
3.4.2. Capacité et canal de propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
3.4.3. Règles d’ingénierie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
3.5. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Chapitre4.Techniques MIMO-Etatdel’art ... ... ... ... ... .. 135
4.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
4.2. Domaine spatial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.2.1. Information d’état du canal en réception . . . . . . . . . . . . . . 136
4.2.1.1. Critères de construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.2.1.2. Panorama des techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
4.2.2. Emission et réception aveugles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4.2.2.1. Critères de construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4.2.2.2. Panorama des techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
4.2.3. Information d’état du canal en émission et en réception . . . . . . 163
4.2.3.1. Critères de construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
4.2.3.2. Panorama des techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164Table des matières 7
4.3. Domaines spatial et fréquentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
4.3.1. Critères de construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
4.3.2. Panorama des techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
4.4. Domaines spatial et temporel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
4.4.1. Critères de construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
4.4.2. Panorama des techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
4.5. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Chapitre5.Applicationauxréseauxlocauxsansfil ... ... ... ... .. 183
5.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
5.2. Réseaux locaux sansfil SISO-OFDM — Rappels . . . . . . . . . . . . 183
5.2.1. Couche d’accès . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
5.2.2. physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
5.2.3. HIPERLAN2 versus IEEE 802.11a . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
5.3. Pertinence de l’association MIMO–OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . 188
5.4. Réseaux locaux sansfil MIMO-OFDM — Extension . . . . . . . . . . 190
5.4.1. Analyse du problème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
5.4.2. Modulation codée fréquence-espace . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
5.4.2.1. Stratégie de codage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
5.4.2.2. Résultats issus de la littérature . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
5.4.3. Modulation codée temps-espace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
5.4.3.1. Stratégie de codage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
5.4.3.2. Résultats issus de la littérature . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
5.4.4. Contraintes de coût . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
5.5. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
Bibliographie ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. 213
Index .. ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. 2278Avant-propos
Hier encore confinés au monde professionnel, les réseaux locaux sansfil,
propulsés par les avancées de l’électronique et du traitement du signal, se démocratisent à
grands pas. Plusflexibles, moins chers que les solutionsfilaires, leurs perspectives de
dévelo