Contribution à l’optimisation d’un système de communication sans fil à base de FBMC MIMO

Abstract

La modulation à banc de filtre avec QAM décalé (FBMC/OQAM) est reconnue pour son c'est le cas pour tous les systèmes de modulation multi-porteuses (MCM), le FBMC efficacité spectrale, son adaptation aux effets de trajet multiple et sa robustesse contre les interférences et aux décalages de fréquence porteuse. Ces qualités font du FBMC/OQAM un candidat attrayant pour les futures générations de systèmes de communication. De plus, l'intégration de la technologie MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) représente une avancée significative, permettant de renforcer les performances du système FBMC/OQAM. Cependant, comme /OQAM est confronté au défi du Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) élevé causé par les pics d'amplitude élevée du signal. Cela contraint l'amplificateur de puissance (HPA) de fonctionner en dehors de sa zone de linéarité, entrainant des distorsions à l'intérieur et à l'extérieur de la bande passante. Dans ce contexte, cette thèse propose des solutions efficaces en termes de réduction du PAPR avant le HPA. La première solution repose sur une approche hybride combinant la technique de Repeated Clipping and Filtering (RCF) avec la méthode de companding dans un système MIMO-FBMC/OQAM. Bien que le clipping soit efficace pour réduire le PAPR, il présente des distorsions élevées. En revanche, le filtrage résout les problèmes de distorsion hors bande induits par le clipping, mais entraine une régénération spectrale, créant ainsi de nouveaux pics et augmentant le PAPR. Le RCF garantit l'élimination des distorsions hors bande causées par le clipping et des pics In Band causés par le filtrage. Le companding est une autre technique qui améliore considérablement les performances du taux d'erreur binaire (BER), bien que sa capacité à réduire le PAPR soit modeste. En le cascadant avec le RCF, on parvient à réduire encore davantage le PAPR avec presque la même complexité de calcule. Une autre nouvelle méthode présentée dans cette thèse, appelée Multi-Antennes pour la réduction du PAPR (MAP), repose sur l'utilisation de I antennes à l'émission avec I antennes à la réception avec la décomposition du signal FBMC/OQAM en I sous-signaux à faible PAPR pour éviter la non linéarité du HPA. Les résultats numériques issus de ces méthodes présentées confirment l'efficacité de la réduction du PAPR et l'amélioration significative du BER. De plus, ces méthodes recommandées se distinguent par leur simplicité de mise en œuvre, leur faible complexité de calcul, et ne nécessite à transmettre aucun signal d'informations (SI). تقنية التضمين بتقنية الفلتر البنكي(FBMC) مع تعديل الكمّ المربع (OQAM) هي طريقة معروفة بكفاءتها الطيفية، قدرتها على التكيف مع تأثيرات المسار المتعدد وصمودها أمام التداخلات والانحرافات في تردد الموجة الحاملة CFO)). هذه الصفات تجعل من FBMC/OQAM مرشحًا جذابًا للأجيال المستقبلية من أنظمة الاتصالات. زيادة على ذلك، يمثل دمج تقنية متعددة المدخلات والمخرجات (MIMO) إضافة كبيرًة، مما يجعل من هذا المزيج مساعدا على تحسين أداء نظام. FBMC/OQAM ومع ذلك، على غرار باقي أنظمة التضمين متعدد الحوامل (MCM)، يواجه FBMC/OQAM تحدي ارتفاع نسبة الطاقة القصوى إلى المتوسطة (PAPR) والناجمة عن قمم السعة العالية للإشارة. مما يجبر مضخم الطاقة العالي(HPA) على العمل خارج نطاقه الخطي، الامر الذي يؤدي إلى تشويهات داخل وخارج النطاق الترددي. في هذا السياق، تقترح هذه الأطروحة حلولا فعالة لخفض PAPR قبل. HPA بالنسبة للحل الأول فيعتمد على نهج مختلط يجمع بين تقنية القطع والترشيح المتكررة (RCF) مع طريقة التجميع companding)) في نظامMIMO-FBMC/OQAM. فعلى الرغم من أن القطع يكون فعالًا في خفض PAPR، إلا أنه يسبب تشويهات عالية. ومن ناحية أخرى، يحل الترشيح مشكلة التشويهات خارج النطاق الناجمة عن القطع، لكنه يؤدي أيضا إلى التجديد الطيفي، مما يخلق ذروات جديدة ويزيد في إرتفاع PAPR عوض تخفيضها. اما RCF فيضمن القضاء على التشويهات خارج النطاق الناجمة عن القطع والذروات داخل النطاق الناجمة عن الترشيح. أما التقنية الثانية المسمات بتقنية التجميع (companding) فهي تحسن بشكل كبير أداء معدل الخطأ في البتات (BER) على الرغم من أن قدرتها على خفض PAPR متواضعة. وعند القيام بتتابع RCF مع Companding، يمكن خفض PAPR بشكل أكبر وبنفس تعقيدات الحساب تقريبا. أما بالنسبة للحل الثاني الجديد المقدم في هذه الأطروحة، والذي يسمى بتعدد الهوائيات لتخفيض PAPR أو (MAP)، فهو يعتمد على استخدام I هوائيات في الإرسال مع I هوائيات في الاستقبال مع إستعمال عملية تفكيك إشارة FBMC/OQAM إلى I إشارات فرعية ذات PAPR منخفض لتجنب خارج النطاق الخطي لمضخم الطاقة(HPA). تؤكد النتائج الرقمية الناتجة عن هذه الطرق المقترحة فعالية كبيرة في تخفيض PAPR وتحسين ملحوظ في. BER كما تتميز أيضا بسهولة في تنفيذها، وتعقيدات منخفض في الحساب ، مع عدم الحاجة لنقل أي إشارة معلومات. (SI)