Soutenance OFDM/OQAM : Méthodes d'estimation de canal, et combinaison avec l'accès multiple CDMA ou les systèmes multi-antennes pierre . siohan
From: pierre.siohan AT orange-ftgroup.com
To: rilk-conf AT rilk.com
Cc:
Subject: Soutenance OFDM/OQAM : Méthodes d'estimation de canal, et combinaison avec l'accès multiple CDMA ou les systèmes multi-antennes
Date: Fri, 14 Nov 2008 10:48:45 +0100
Lélé Chrislin
sountient sa these
OFDM/OQAM : Méthodes d'estimation de canal, et combinaison avec l'accès
multiple CDMA ou les systèmes multi-antennes.
le 18/11/2008
a Cesson-Sévigné.
Directeur: Maurice Bellanger, CNAM
Pierre Siohan,France Télécom
Directeur: pierre.siohan@orange-ftgroup.com
Jury: Jean-François Hélard : Rapporteur
Markku Renfors : Rapporteur
Dirk Slock : Examinateur
Michel Terré : Examinateur
Rodolphe Legouable : Examinateur (et encadrant France Télécom)
Maurice Bellanger : Directeur de thèse
Pierre Siohan : Co-directeur de thèse
Labo: Orange Labs, Rennes
Mot-clef: OFDM, OFDM/OQAM, Estimation de canal, CDMA, MIMO
Resume: Les recherches en communications numériques ont dans leur objectif
d'augmenter le débit des systèmes de transmission avec des réalisations à
faible complexité d'implémentation. En présence de canaux multi-trajets, les
systèmes multiporteuses, notamment le CP-OFDM, sont de plus en plus utilisés
car ils offrent un excellent compromis entre débits élevés et faible
complexité d'implementation. De plus, comparées aux systèmes monoporteuses,
les technologies multiporteuses permettent une meilleure exploitation de la
diversité fréquentielle du canal de communication. Les standards ADSL,
IEEE802.11a ... reposent déjà sur la technologie CP-OFDM et les nouveaux
standards, comme IEEE802.11n, combinent le CP-OFDM avec les technologies MIMO
pour améliorer les débits de transmission et exploiter efficacement la
diversité spatiale du canal. Par ailleurs, dans la plupart des systèmes, le
canal de communication doit être partagé entre plusieurs utilisateurs, d'où
la nécessité de recourir aux techniques d'accès. Le CDMA est l'une des
techniques d'accès les plus prometteuses et sa combinaison avec le CP-OFDM a
donné lieu au MC-CDMA. Cependant, le CP-OFDM a deux inconvénients majeurs.
Premièrement, l'utilisation du CP correspond à une perte d'information utile
car la function CP est de l'information redondante. Et, deuxièmement, le
filtre de transmission utilisé en CP-OFDM est la fonction porte autrement dit
une fonction mal localisée en fréquence. L'implication directe de cette
mauvaise localisation est la difficulté de faire respecter par le CP-OFDM des
spécifications de masque d'émission contraignantes. En particulier, pour
éviter les interférences avec les systèmes voisins en fréquence, les
fréquences nulles sont en général insérées aux bords du spectre d'émission
d'où une perte d'informations utiles. Pour remédier à ces inconvénients,
l'OFDM/OQAM semble être une bonne alternative. En effet, la modulation
OFDM/OQAM n'utilise pas de CP et elle offre la possibilité d'utiliser
différents types de filtre prototype. L'OFDM/OQAM repose pour cela sur une
orthogonalité réelle contrairement au CP-OFDM qui utilise une orthogonalité
complexe. Le but de cette thèse est dans une première partie de montrer qu'il
est possible dans certaines conditions, de réaliser une égalisation à un
coefficient en OFDM/OQAM comme en CP-OFDM. Nous présentons dans ce cadre des
méthodes d'estimation de canaux en OFDM/OQAM suivant les modes préambule et
pilotes répartis. Les performances de ces méthodes d'estimation sont
comparées à celles utilisées pour les systèmes CP-OFDM. Dans la suite de la
thèse, nous analysons la combinaison OFDM/OQAM et CDMA, avec notamment la
possibilité d'obtenir une orthogonalité complexe en OFDM/OQAM grâce aux codes
de Walsh-Hadamard. Une comparaison avec le système MC-CDMA est effectuée. Un
dernier axe d'étude concerne les systèmes multi-antennes. Nous analysons
notamment les gains de diversité spatiale et l'augmentation des débits de
transmission. Ensuite nous nous intéressons à la combinaison OFDM/OQAM et
MIMO. Nous examinons la possibilité ou non d'appliquer à l'OFDM/OQAM les
schémas de multiplexage spatial et ceux de type Alamouti.
Keyword: OFDM, OFDM/OQAM, Channel estimation, CDMA, MIMO
Abstract: One important goal in digital communication research is to increase
the transmission bit rate while keeping a low complexity structure for the
transmitter and receiver. Nowadays, in the presence of multi-path channels,
multi-carrier modulations such as CP-OFDM are more and more used since they
provide a good trade-off between higher bit rate and complexity. Moreover,
compared to single-carrier systems, multi-carrier systems permit a better use
of the channel frequency diversity. Systems or standards such as ADSL or
IEEE802.11a have already implemented the CP-OFDM modulation. New standards
like IEEE802.11n combine CP-OFDM and MIMO in order to increase the bit rate
and to provide a better use of the channel spatial diversity. As the
communication medium has to be shared between multiple users, access
techniques are needed. One of the most promising access technique is CDMA and
its combination with CP-OFDM has led to the so-called MC-CDMA. However, the
CP leads to a loss of spectral efficiency as it contains redundant
information. Moreover, the prototype filter used in CP-OFDM is the
rectangular window one, thus it has poor frequency localization. This poor
frequency localization makes it difficult for CP-OFDM systems to respect
stringent specifications of spectrum masks. This is why null sub-carriers are
inserted at the frequency boundaries of CP-OFDM systems in order to avoid
interferences with close systems in frequency. Adding null sub-carriers also
means loosing spectral efficiency. To overcome these difficulties, OFDM/OQAM
seems to be a good alternative. Firstly, because OFDM/OQAM does not use any
CP and, secondly, because it offers the possibility to use different
prototype filters. Indeed, for a given type of time-frequency transmission
lattice, the orthogonality constraint for OFDM/OQAM is relaxed being limited
to the real field while for OFDM it has to be satisfied in the complex field.
Thus, there is more degree of freedom for OFDM/OQAM prototype filters. The
aim of this thesis is, in the first part, to show that it is possible with
OFDM/OQAM to perform a one tap channel equalization per subcarrier as in
CP-OFDM. For realistic transmission channels, this one tap equalization is
only valid within some channel hypotheses regarding the maximum delay spread
and the Doppler effect. Then, it must be preceded by a channel estimation
step. Therefore, a set of channel estimation methods is proposed for the
preamble and scattered modes. In the second part, we analyze the combination
between OFDM/OQAM and CDMA and we show that it is possible to have a complex
orthogonality in OFDM/OQAM thanks to the Walsh-Hadamard codes. A comparison
with MC-CDMA is also carried out. Finally, we study multi-antennas system. We
analyze the spatial diversity gain and the data rate increase. The
combination between OFDM/OQAM and MIMO is also studied for the spatial
multiplexing and Alamouti schemes.
