Etude de la synchronisation temporelle dans les systèmes MIMO-OFDM appliqués aux réseaux mobiles

Timing synchronization in MIMO-OFDM systems for mobile communications

• Auteur / Autrice : Ali Rachini
• Direction : Bilal Beydoun, Fabienne Uzel-Nouvel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et télécommunications
• Date : Soutenance le 26/02/2014
• Etablissement(s) : Rennes, INSA en cotutelle avec École doctorale des Sciences et de Technologie (Beyrouth)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : : Université européenne de Bretagne (2007-2016)
• Jury : Président / Présidente : Régis Lengellé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bilal Beydoun, Fabienne Uzel-Nouvel, Régis Lengellé, Françoise Paladian, Joumana Farah Francis, Ghaïs El Zein
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Françoise Paladian, Joumana Farah Francis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synchronisation

Multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

Mots clés libres

Séquences CAZAC

Séquences d'Hadamard

Séquences orthogonales

MIMO systems

Orthogonal frequency division multiplexing

Résumé

L'évolution rapide dans les systèmes de communications sansfil couplée à l'utilisation de téléphones mobiles, des services satellite, de l'internet sur les réseaux sans fil et les réseaux locaux nécessitent un débit de données très élevé et une grande fiabilité. Ces débits ont augmenté rapidement dans les nouvelles applications de transmission de données de nouvelle génération. Pour répondre aux contraintes de la limitation du spectre disponible, les systèmes à porteuses multiples (OFDM), permettent une haute efficacité spectrale à cause de l'orthogonalité et un débit total s'approchant du débit de Nyquist. Par ailleurs, un système de réseaux des antennes à multi-entrées et multi-sorties (MIMO) apporte des gains importants, à la fois, pour les liens et les capacités du réseau, sans transmission de puissance supplémentaire ou sans consommation de la bande passante. La combinaison de ces deux systèmes (MIMO et OFDM) permet d’exploiter la robustesse de la liaison sur des canaux sélectifs en fréquence et sur des canaux non corrélés en espace. Une des problématiques de cette combinaison réside dans les méthodes de synchronisation. La synchronisation se divise en deux parties, la synchronisation temporelle et la synchronisation fréquentielle. La synchronisation temporelle se fait, d'une part par la synchronisation grossière qui consiste à estimer le début de chaque trame reçue, et d'autre par la synchronisation fine qui détecte le début de chaque symbole OFDM dans la trame reçue. Le principe de la synchronisation fréquentielle est de trouver le déphasage entre la fréquence à l'émission et la fréquence locale du récepteur. Dans une première partie, nous avons proposé des méthodes pour la synchronisation temporelle en se basant sur des séquences de synchronisation connues au niveau du récepteur. Nous avons réalisé une étude des différentes séquences existantes afin de comparer les efficacités de chacune de ces séquences pour la synchronisation dans un système MIMOOFDM. Dans une deuxième partie, un travail de simulation sous Matlab a été réalisé afin d'étudier les performances de nos méthodes proposées dans des canaux sélectifs en fréquence et à trajets multiples. Les résultats de simulations de ces méthodes expriment la probabilité d’acquisition de synchronisation temporelle selon le SNR.

The current wireless communication systems, mobile phones, satellite services and wireless internet networks require a very high data rate and a highly reliable degree. These rates have increased rapidly in the new applications of data transmission of new generation. To take into account the spectrum limitations, the OFDM has been proposed thanks the orthogonality between sub-carriers and the data rate that approaches to the Nyquist-Shannon sampling rate. Furthermore, the antennas technic (MIMO) can provide significant various gains, a diversity gain that improves the link reliability and the spatial multiplexing gain where different data streams are transmitted over different antennas. The combination of these two systems (MIMO and OFDM) allows to exploit the robustness of the link on the frequency-selective channels and uncorrelated channels in space. One of the issue in the combination MIO-OFDM resides on the synchronization methods. The synchronization is divided into sub parts, timing synchronization and frequency synchronization. Timing synchronization is also divided into two parts, firstly, the coarse timing synchronization is used to estimate the beginning of each received frame, and secondly, the fine timing synchronization which detects the beginning of each OFDM symbol in the received frame. The principle of the frequency synchronization is to find the shifted phase between the transmitted frequency and the local frequency at the receiver. In a first part, we have proposed different methods for timing synchronization based on synchronization sequences known at the receiver. We did a study for various existing sequences to compare the efficiencies of each of these sequences in timing synchronization for MIMO-OFDM systems. In a second part, Matlab’s simulations were conducted to study the performance of our proposed methods in multi-paths frequency-selective channels. Simulations results show the acquisition timing synchronization probability in terms of SNR.