Etude d'une nouvelle forme d'onde multiporteuses à PAPR réduit.

Study of a new multicarrier waveform with low PAPR

• Auteur / Autrice : Marwa Chafii
• Direction : Jacques Palicot, Faouzi Carlos Bader, Rémi Gribonval
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications (STIC)
• Date : Soutenance le 07/10/2016
• Etablissement(s) : CentraleSupélec
• 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)
• Jury : Président / Présidente : Geneviève Baudoin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthieu Gautier, Cyrille Siclet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Jacques, Michel Terré

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement du signal -- Techniques numériques

Modulation de fréquence

Multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence

Mots clés libres

Facteur de crête

OFDM

Modulations en ondelettes

Modulations adaptatives

PAPR

OFDM

Wavelet modulation

Adaptive modulation

Résumé

L’OFDM est une technique de modulation multiporteuses largement utilisée dans des applications de communications filaires et sans-fils comme le DVB-T/T2, le Wifi, et la 4G, grâce à sa robustesse contre les canaux sélectifs en fréquence en comparaison avec la modulation monoporteuse. Cependant, le signal OFDM souffre de grandes variations d’amplitude. Les fluctuations de l’enveloppe du signal OFDM génèrent des distorsions non-linéaires quand on introduit le signal dans un équipement non-linéaire comme l’amplificateur de puissance. Réduire les variations du signal améliore le rendement de l’amplificateur, réduit la consommation énergétique et diminue les émissions de CO2 des transmissions numériques.Le PAPR (rapport de la puissance crête sur la puissance moyenne) est une variable aléatoire qui a été introduite pour mesurer les variations du signal. Il existe plusieurs systèmes multiporteuses basés sur différentes bases de modulation et filtres de mise en forme. Nous prouvons d’abord dans ces travaux que le PAPR dépend de cette structure de modulation. Ensuite, nous étudions le comportement du PAPR vis-à-vis des formes d’ondes utilisées dans la modulation. Le problème de réduction du PAPR est ainsi formulé en un problème d’optimisation. Par ailleurs, une condition nécessaire pour construire des formes d’ondes avec un meilleur PAPR que l’OFDM est développée. Cette condition est notamment satisfaite par des bases en ondelettes. Enfin, une nouvelle forme d’onde en paquets d’ondelettes adaptative est proposée, permettant des gains significatifs en PAPR, tout en maintenant les avantages des modulations multiporteuses.

OFDM is a multicarrier modulation system widely used in wireline and wireless applications such as DVB-T/T2, Wifi, and 4G, due to its resilience against frequency selective channels compared with the single carrier modulation systems. However, the OFDM signal suffers from large amplitude variations. The fluctuations of the OFDM envelope generate non-linear distortions when we introduce the signal into a non-linear device like the power amplifier. Reducing the variations of the signal improves the power amplifier efficiency, reduces the energy consumption and decreases CO2 emissions.The peak-to-average power ratio (PAPR) has been introduced as a random variable that measures the power variations of the signal. There exist several multicarrier modulation systems based on different modulation basis and shaping filters. We first prove in this work that the PAPR depends on this modulation structure. Moreover, the behaviour of the PAPR regarding to the modulation waveforms is analysed and the PAPR reduction problem is formulated as an optimization problem. Furthermore, a necessary condition for designing waveforms with better PAPR than OFDM is developed. This necessary condition is particularly satisfied by wavelet basis. Finally, a new adaptive wavelet packet waveform is proposed, allowing significant gain in terms of PAPR, while keeping the advantages of multicarrier modulations.