Chaine de simulation WiMAX-LDPC

Historique de la WiMAX

   Ces dernières années, le WiMAX a émergé comme l’une des futures technologies d’accès sans fil à haut débit et à large portées. Le WiMAX forum est le nom d’un consortium créé en 2001 notamment par Intel et Alvarion, ce consortium a pour but de permettre la convergence et l’interopérabilité entre les différents standards des réseaux sans fils Hyper Man qui était proposé en Europe par L’ETSI (European Telecommunications Standards Institute of Electrical and Electronicsengineer) et dénommé IEEE 802.16. Aujourd’hui, le WiMAX forum rassemble plus de 300 fournisseurs et entreprises bien connues comme ATCT Wireless, Intel, Fujitsu, Alcatel, Motorola, Nokia, Siemens, France Télécom, etc.… .Un des buts principaux du WiMAX forum est de permettre l’interopérabilité entre différents standards et différentes normes. La norme 802.16 a connu de nombreuses évolutions au fur et à mesure qu’elle a gagnées en popularité. La première norme a été élaborée en 2001(IEEE 802.16). Elle définissait des réseaux métropolitains sans fil dans les bandes de fréquences de 10 à 66 GHz. Deux années plus tard, la norme IEEE 802.16 pour les fréquences inférieures à 10 GHz a vu le jour. Ces deux normes ont été ensuite regroupées sous le standards IEEE 802.16d. Récemment, on a vu apparaitre de nouveaux standards comme le 802.16e définissant les possibilités d’utilisation de la technologie pour des applications mobiles. Ce standard utilise des fréquences de 2 à6GHz. On peut également citer le 802.16f qui concerne les réseaux maillés [3].

Couche MAC

   La couche MAC prend en charge le transport des cellules ATM mais aussi celui des paquets IP et joue un rôle important dans la gestion de la qualité de service (QoS). Comme illustré sur la figure I.5, la couche MAC du WiMAX s’appuie sur 3 souscouches, une couche de  convergence spécifique (Service Specific Convergence Sublayer: SSCS), une couche commune (MAC Common Part Sublayer : CPS) et une couche sécurité (Privacy Sublayer: PS) [8].
 La couche SSCS :La SSCS fournit toute transformation de données ou le mappage de réseaux externes reçu par la CPS. Pour le raccordement de réseaux externes, la SSCS fournit 2 sous-couches de convergence (CS : convergence sublayer) :
 pour les réseaux ATM : il s’agit d’une interface qui associe les différents services ATM avec la couche MAC-CPS.
 Pour les réseaux à base de paquet : il est utilisé pour le mappage de tout protocole à base de paquet tel qu’Ethernet ou les protocoles Internet telsqu’IPv4, IPv6… En plus de ces fonctions basiques, les sous-couches de convergence peuvent aussi mettre en œuvre des fonctions plus sophistiqués, telles que l’administration de la charge utile via la suppression des entêtes, puis leurs reconstructions pour améliorer l’efficacité du lien hertzien.
 La couche CPS :Cette sous-couche forme le noyau de la couche MAC, étant donné qu’elle contient lesfonctions clés relatives au contrôle du lien radio. La CPS fournit les règles et les mécanismesd’accès, l’allocation de la bande passante et la maintenance de la connexion.Elle reçoit lesdonnées des sous-couches de convergence. En outre, c’est la sous couche CPS qui gère les mécanismes de qualité de service (QoS).
 La couche PS : La PS est le lien qui réunit la couche MAC à la couche physique (PHY). Elle fournit la sécurité à travers le réseau sans fil à large bande en cryptant la connexion entre la station de base et l’abonné au service. De plus, la couche PS est utilisée pour l’authentification et l’échange des clés de sécurité [8].

Les codes LDPC quasi-cycliques

   La construction des codes LDPC quasi-cycliques par décomposition circulaire consiste enla décomposition d’une matrice carrée, régulière et circulaire en plusieurs matrices circulairesde mêmes dimensions, mais avec des poids différents. On obtient ces nouvelles matrices àpartir de chaque colonne de la matrice de parité initiale, qui est décomposée en plusieurs colonnes de même longueur. Le poids de la colonne initiale est partagé parmi les différentes colonnes. À partir de chaque nouvelle colonne ainsi formée, on forme une matrice circulaire par permutations circulaires successives de la colonne en bas. La méthode présentée s’appelle la décomposition des colonnes d’une matrice de parité. De même, on peut décomposer la matrice initiale en descendants, en décomposant sa première ligne en plusieurs lignes et ensuite en faisant des permutations circulaires à la droitede chaque nouvelle ligne. Cette méthode s’appelle la décomposition de lignes. Si la matrice initiale est une matrice creuse, la matrice obtenue est aussi une matrice creuse de densité plus faible, qui donne un code LDPC quasi-cyclique dont le graphe de Tanner n’a pas de cycles de longueur 4. Des matrices creuses circulaires peuvent être construites à partir des vecteurs d’incidence des lignes dans une géométrie Euclidienne ou projective. De plus, il n’existe pas deux lignes (ou deux colonnes) dans la même matrice ou dans différentes matrices circulaires ayant plus d’une valeur de 1 en commun. En conséquence, les codes LDPC quasi-cycliques peuvent être construits en décomposant une ou un groupe de cesmatrices circulaires géométriques. Une classe spéciale de codes LDPC quasi-cycliques sont les codes LDPC de type bloc (B-LDPC) qui possèdent un algorithme de codage efficace en raison de la structure simple de leurs matrices de parité. Avec l’implémentation efficace du codeur et du décodeur des codesB-LDPC et leur bonne performance d’erreur, ils représentent un axe très prometteur pour l’implémentation des systèmes de codage LDPC en temps réel Pour la construction des codes B-LDPC, au lieu de faire la multiplication entre la matrice de parité et le vecteur de message, on construit un système d’équations composé par des multiplications de matrices et de vecteurs de taille inférieure. Ainsi, on obtient un codage plus rapide et une structure plus simple [12].

Simulation de la technologie WiMAX-OFDM

  L’émetteur/récepteur en bande de base se compose de trois parties principales :
 Codage et décodage de canal.
 Modulation et démodulation.
 Emetteur et récepteur OFDM.

 La simulation, que nous allons réaliser, peut être résumée dans les étapes suivantes :
 la mise en œuvre du module émetteur OFDM,
 la mise en œuvre du module Canal de propagation,
 la mise en œuvre du module récepteur,
 mise en œuvre du système complet,
 calcule du taux d’erreur binaire (BER),
 Faire les mêmes étapes avec le codage LDPC.
L’implémentation de la structure de l’émetteur et du récepteur OFDM sur le système WiMAX est représentée sur la figure III.12. Cette structure correspond à la couche physique de la norme IEEE 802.16 sans fil MAN-OFDM avec interface air.

Description des symboles OFDM

  La norme 803.16-2004 utilise le multiplexage par répartition orthogonal de fréquence (OFDM). C’est une technique de modulation multi-porteuses à base de transformée de Fourrier rapide. Premièrement, le signal OFDM est converti au domaine temporelle, cette durée est dénommé période utile du symbole , une copie de la dernière partie de la période symbole utile, dite préfixe cyclique (CP), est jointe au début de chaque symbole pour maintenir l’orthogonalité des porteuses. L’opération OFDM consiste à multiplexer un flux des données surplusieurs sous canaux de bande étroite, modulés par trois types de sous porteuses orthogonales :
 Sous porteuses de données : Pour la transmission de données.
 Sous porteuses pilotes : Pour des fins d’estimation différentes.
 Sous porteuses nulles : pas de transmissions du tout, pour des bandes de garde et la porteuses DC. Le nombre de ces sous porteuses détermine la taille requise pour la FFT (ou l’IFFT). Les données sont envoyées sous la forme de symboles OFDM. Le but des bandes de garde est de permettre de lutter contre l’interférence entre canaux.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Généralité sur la technologie WiMAX
I.1.Introduction
I.2.Historique de la WiMAX
I.3.Généralités sur le WiMAX
I.3.1. Principe de fonctionnement
I.3.2. Architecture générale du réseau WiMAX
I.4.Etude technique du WiMAX
I.4.1. Les normes WiMAX
I.4.1.1. La norme IEEE 802.16a
I.4.1.2. La norme IEEE 802.16d
I.4.1.3. La norme IEEE 802.16e
I.4.1.4. La norme IEEE 802.20
I.4.2. Architecture en couches du système WiMAX
I.4.2.1. Couche physique « PHY »
I.4.2.2. Couche MAC
I.4.3. Technologie WiMAX et réseaux sans fil.
I.5.Application de la WiMAX
I.5.1. Desserte avec WiMAX
I.5.2. Collecte avec WiMAX
I.6.Défis de déploiement WiMAX
I.6.1. La standardisation
I.6.2. Les coûts
I.6.3. Convaincre les opérateurs mobiles des avantages du WiMAX
I.7.Conclusion
Chapitre II : Codage de canal et code LDPC
II.1.Introduction
II.2.Codage de canal dans les transmissions numérique
II.2.1.Définition
II.2.2.Différents types de codages
II.2.2.1. Codes en blocs
II.2.2.2. Codes convolutifs
II.3.Codage de canal pour le système WiMAX
II.3.1.Schéma de principe pour le WiMAX
II.3.2.Codage canal suivant la norme IEEE 802.16
II.3.2.1. Embrouillage
II.3.2.2. Codage correcteur d’erreurs FEC
II.3.2.3. Entrelacement
II.3.3.Décodage de canal
II.3.3.1. Désentrelacement
II.3.3.2. Décodage correcteur d’erreurs
II.3.3.3. Décodage de Reed Solomon
II.3.3.4. Désembrouillage
II.4.Codes de contrôle de parité basse densité (LDCP)
II.4.1.Généralités
II.4.2.Construction des codes LDPC
II.4.2.1. Les codes LDPC de Gallager
II.4.2.2. Les codes LDPC quasi-cycliques
II.4.2.3. Les codes LDPC aléatoires
II.4.3.Décodage des codes LDPC
II.4.3.1. Décodage avec des décisions fermes
II.4.3.2. Décodage avec des décisions pondérées
II.5.Les codes LDPC pour le WIMAX
II.6 Conclusion
Chapitre III : Chaine de simulation WiMAX-LDPC
III.1. Introduction
III.2. Description des symboles OFDM
III.2.1. Principe de l’OFDM
III.2.1.1. Principe de la modulation multi porteuse
III.2.1.2. Principe de la démodulation
III.3. Mise en œuvre du système OFDM
III.3.1. Implémentation numérique du modulateur
III.3.1.1. Implémentation numérique du démodulateur
III.4. Calculs du TEB
III.5. Mise en œuvre de l’OFDM dans le WiMAX
III.6. Simulation de la technologie WiMAX-OFDM
III.6.1. Génération des données
III.6.2. Codage de canal
III.6.2.1. Code correcteur d’erreur FEC
III.6.3. Modulation de symboles de données
III.6.4. Répartition des sous-porteuses
III.6.5. Modulation OFDM par IFFT
III.6.6. Insertion préfixe cyclique
III.6.7. Le canal
III.6.7.1. Caractéristiques du canal radio mobile
III.6.7.2. Modèle de propagation pour simulation
III.6.8. Récepteur
III.6.8.1. Estimation et égalisation du canal
III.7. Simulation on utilisant le codage LDPC
III.7.1. Encodeur LDPC
III.7.2. Décodeur LDPC
III.8. Conclusion
Chapitre IV : Résultat de simulation
IV.1. Introduction
IV.2. Résultats de simulation pour un codage RS-CC
IV.2.1 Evaluation du taux d’erreurs binaire
IV.2.2 Evaluation du l’efficacité spectrale
IV.3. Résultats de simulation pour un codage LDPC
IV.3.1 Evaluation du taux d’erreurs binaire
IV.3.2 Evaluation de l’efficacité spectrale
IV.4. Comparaison des deux types de codage RS-CC et LDPC
IV.5.Conclusion
Conclusion générale

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