Annexe

REPUBLIQUE TUNISIENNEMINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEURDE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE DE CARTHAGE

MEMOIREPrsent LINSTITUT SUPERIEUR DES SCIENCES APPLIQUEES ET DE TECHNOLOGIE DE MATEURDpartement dlectroniqueParAOUADI Taher & BEJAOUI Karima En vue de lobtention duDiplme National de Licence Applique en Sciences et technologies de linformation et de la communication Parcours: Rseaux et Tlcommunications

Conception et simulation dune chane de transmission dans la norme DVB-T

Soutenu le 8 Juillet 2011 devant la commission de jury:

Mme Asma SELMI Prsident Mr Yassin KHLIFI Rapporteur Mr HAMZAOUI Mondher Encadreur

N dordre: 60DEDICACE

A ce quest toujours mon meilleur exemple dans la vie : mon trs cher pre, pour les sacrifices quil a consentis pour mon ducation et pour lavenir quil na cess doffrir.

Au symbole de douceur, de tendresse, damour et affection, et grce au sens de devoir et aux sacrifices immenses quelle a consentis, jai pu arriver raliser ce travail.

A ce qui ma t toujours la garante dune existence paisible et dun avenir radieux : ma famille.

A ceux qui mont soutenu, encourag, apprcie mon effort et cre le milieu favorable, lambiance joyeuse et latmosphre joviale pour mon procurer ce travail : mes chers amis

A toutes ces personnes que jai senti redoutable de leur ddier ce modeste travail avec mes vifs remerciements et les expressions respectueuses de ma profonde gratitude.

AOUADI TAHER

DEDICACE

A mon prePour son amour, sa patience et ses considrables sacrifices pour me parvenir ce niveauA ma mrePour son grand amour, ses sacrifices et toute laffection quelle ma toujours offerte

A mes frres et mes surs

A mes chers amis

A tous ceux qui jaime

A tous ceux qui maiment

Je ddie ce modeste travail.

BEJAOUI KARIMA

Remerciements

A u terme de ce projet de fin dtudes ralis lInstitut Suprieur des sciences applique et technologie de Mater (ISSATM), nous tenons exprimer nos profondes gratitudes notre encadreur Monsieur Hamzaoui Mondher, qui, grce leurs disponibilit, aide et rigoureux Conseils.Nos remerciements sadressent galement aux membres de jury pour avoir accept de juger ce travail. Nous remercions galement nos familles qui nous a soutenu tout au long de notre cursus, nos amis avec qui nous avons pass de bons moments et tous ceux qui nous ont aid, de prs ou de loin, accomplir ce projet.

AOUADI & BEJAOUI

Table des matires

Introduction Gnral1Chapitre 1: La Tlvision Numrique Terrestre2Introduction2I. Historique2II. La tlvision numrique terrestre (Fixe)21-Dfinition22-Principe de fonctionnement32.1-Codage source42.2-Multiplexage42.3-Codage canal53-Principales amliorations de la TNT53.1- Amliorations de loffre audiovisuelle63.2- Amliorations techniques64. Les technologies classiques de Tv fixe [1]74.1- ATSC74.2- ISDB-T74.3-DVB-T85. Principe de la tldiffusion85.1. Larchitecture du rseau de diffusion:85.2-Le rseau MFN95.3-Le rseau SFN10III-La tv numrique terrestre (mobile)101-Dfinition102- Les technologies classique de TV mobile [2]102.1-Le DVB-H, lvolution de DVB-T102.2-Le MBMS112.3-La technologie FLO de Qualcomm12Conclusion12Chapitre 2: Conception de chane de transmission numrique terrestre13Introduction13I- Le codage Sources131-Compression de vido numrique141.1-JPEG141.2-MPEG-2(encodeur)[3]152- la compression audio numrique162.1-Principe de compression16II- Le multiplexage171-MPEG-2 (Systme)[4]172-Les canaux:182.1-La voie CBR:182.2-La voie VBR183-Empaquetage des flux lmentaires184-Multiplex MPEG-2 transport19III-Codage canal201-Principe de fonctionnement de lapplication DVB-T202-Prsentation de DVB[5]213-Emetteur DVB-T [6]223.1-Le systme de la chane dmission:223.2 Mode hirarchique233.4-Codage externe et entrelacement externe:243.5-Codage interne:253.6-Entrelacement interne253.7-Mise en trame263.8-Capacits/performances (C/N) et dbits274-Rception DVB-T:274.1-Rcupration porteuse/horloge284.2-Dcodeur interne284.3-Dcodeur de loctet de synchronisation284.4- Dsentrelaceur convolutionnel284.5-Dcodeur externe285-Avantages et inconvnients28V-La diffusion de signale291-situation de rception292-Rseau tudier(SFN) [6]292.1-Impacte des paramtres de transmission312.2-Longueur de lintervalle de grade31Conclusion32Chapitre 3: La modulation multi-porteuse33Introduction33I- La modulation numrique [7]331-La modulation MDP342-La modulation QAM402.1-La modulation 16-QAM:412.2-La modulation 64-QAM:41II- La modulation OFDM [8]421-Principe de la modulation OFDM431.1-Orthogonalitdes porteuses441.2-Intervalle de grade[9]441.3-Interfrence inter et intra symbole452-Description dun systme de transmission OFDM[10]:462.1-Emetteur OFDM [11]:472.2-Rcepteur OFDM:483-Avantages et inconvnients de lOFDM:494-Diffrence entre OFDM et COFDM:51Conclusion:52Chapitre 4: Simulation des chanes dans la norme DVB-T53Introduction:53I-Prsentation de loutil de simulation:53II-Ralisation de la chane de transmission DVB-T:531-Introduction la modulation multi-porteuse :541.1-Amlioration de modulation QPSK:541.2-Cration de chane OFDM:58III-Modles Simulink de la chane DVB-T:601. Emetteur DVB-T:602. Canal:633. Rcepteur DVB-T:634-Introduction au code RS:675-Influence de code correcteur derreur RS:69Conclusion:70Conclusion Gnrale71Bibliographie72Annexe73

Table des matires

Liste des figures

Figure 1: Le systme de diffusion terrestre.3Figure 2: Le chemin numrique dmission/rception4Figure 3: Multiplexage de flux lmentaires.5Figure 4: Porteuses orthogonales du COFDM. 5 Figure 5: Modulation 64QAM.5Figure 6: Exemple de chaine de diffusion numrique6Figure 7: Les technologies de diffusion de la TNT dans le monde7Figure 8: Les normes de la TV Numrique Terrestre8Figure 9: Architecture du rseau de diffusion9Figure 10: Rseau MFN9Figure 11: Rseau SFN10Figure 12: TV Numrique mobile10Figure 13: Service de MBMS de type broadcast 11Figure 14: chane de codage et dcodage de lalgorithme JPEG14Figure 15: Multiplexage de flux lmentaire15Figure 16: Masquage frquentiel16Figure 17: L'empaquetage des flux lmentaires19Figure 18: Multiplexage MPEG2 transport19Figure 19: Squence des principales oprations l'mission20Figure 20: Systme de transmission DVB21Figure 21: Chaine d'mission du signale DVB-T22Figure 22:Principe de brassage23Figure 23:Codage Reed Solomon24Figure 24: Synoptique d'un codeur convolutif25Figure 25: Chane de rception du signale DVB-T27Figure 26: constellations de MDP36Figure 27: Constellation de la modulation de phase MDP-438Figure 28: Chronogramme de la modulation de phase MDP-438Figure 29: Modulateur MDP-439Figure 30: Dmodulateur cohrent MDP-439Figure 31: Constellation de la modulation 16-QAM41Figure 32: Constellation de modulation 64-QAM41Figure 33: Le principe d'un systme COFDM42Figure 33: Spectre de diffrentes porteuses43Figure 34: Intervalle de garde45Figure 35: Le systme OFDM47Figure 36:La chaine d'mission de l'OFDM47Figure 37: La chaine de rception de l'OFDM49Figure 39: Architecture QPSK de rfrence55Figure 40:Constellation de QPSK aprs l'ajout du brui55t Figure 41: Constellation de la modulation QPSK55Figure 42: Constellation en code de Gray 55 Figure 43: Constellation binaire56Figure 44: TEB en code de Gray56 Figure 45: TEB en ordre binaire56Figure 46: Diagramme de Modulation/Dmodulation QPSK57Figure 47:Ltat de signal aprs chaque bloc de la chaine.58Figure 48: Architecture de modulation OFDM59Figure 49: Signal OFDM mis59 Figure 50: Signal OFDM reus59Figure 51:Modle Simulink de Systme dmission60Figure 52:Modle Simulink du Mapping60Figure 53:Modle Simulink de gnration des squences pilotes60Figure 54:Modle Simulink de linsertion des squences pilotes61Figure 55:Modle Simulink de gnration du symbole OFDM61Figure 56:Modle Simulink de lopration de lIFFT.61Figure 57:Modle Simulink de linsertion du prfixe cyclique62Figure 58:Modle Simulink de conversion P/S.62Figure 59:Modle Simulink de reprsentation de signale en fonction de frquence62Figure 60: Signale OFDM mis (reprsentation frquentielle)62Figure 61: Signal OFDM mis (reprsentation temporelle de partie imaginaire et relle)63Figure 62:Modle simulink de canal63Figure 63:Modle Simulink de systme DVB-T63Figure 64:Signal reu (reprsentation frquentielle).64Figure 65: Signal OFDM reu (reprsentation temporelle de partie imaginaire et relle)64Figure 66:Modle Simulink de conversion srie parallle64Figure 67:Modle Simulink de suppression du prfixe cyclique64Figure 68:Modle Simulink de lopration de lFFT.65Figure 69:Modle Simulink de lextraction des squences pilotes65Figure 70: Modle Simulink destimation de canal65Figure 71: Modle Simulink de rciproque de squence pilot66Figure 72: Modle Simulink de fonction rciproque66Figure 73: Modle simulink Compensation de canal66Figure 74: Modle Simulink de la dmodulation67Figure 75: Modle Simulink de codeur RS(15,11).67Figure 76:Modle Simulink de suppression du prfixe cyclique67

Liste des figures

Liste des tableaux

Tableau 1: Les normes de codage source17Tableau 2: Dure de symbole selon les rendements de code40Tableau 3: Les divers rglages de lintervalle de garde du DVBT44Tableau 4 : Les diffrentes valeurs en fonction du symbole50Liste des tableaux

Liste des acronymes

AADSL: Assymetric Digital Subscriber LineAF: Assured ForwardingSATSC: Advanced Tlvision Systems CommuteCCD: Compact Disc CDMA: Code Division Multiple AcessCOFDM: Coded Orthogonal Frequency Division MultiplexingDDCT: Discrete Cosine TransformDAB: Digital Audio BroadcastingDVB: Digital Video BroadcastingDVB-H: Digital Video Broadcasting- Handheld,DVB-T: Digital Video Broadcasting-TerrestreFFFT: Fast Fourier TransformFLO: Forward Link OnlyHHF: Haut FrequencyIICI: Interfrence entre porteusesIDCT: Inverse Discrete Cosine Transform IFFT: Inverse Fast Fourier TransformISDB-T: Integrated Services Digital Broadcasting TerrestrialISI: Interfrence entre symboleJJPEG: Joint Photographic Experts GroupLLAN: Local Area Network MMAQ: modulation sur deux porteuses en quadratureMCM: Multi-Carrier ModulationMDP-4: Modulation par Dplacement de Phase quatre tatsMFN: Multi Frequency NetworkMPEG: Moving Pictures Expert GroupMPEG-2: MPEG layer 2MPEG-4: MPEG layer 4OOFDM: Orthogonal Frequency Division MultiplexingOL: Oscillateur LocalPPES: Packetized Elementary Stream PS: Program Stream QQPSK: Quadrature Phase shift KeyingQAM: Quadrature Amplitude modulationRRS: Reed-SolomonSFN: Single Frequency NetworkTTS: Transport Stream TNT: Television Numrique TerrestreUUMTS: Universal Mobile Telecommunications SystemListe des acronymes

Introduction Gnral

Le XX me sicle a t le tmoin de lapparition de la tlvision analogique et de son dveloppement. La tlvision est un lment de vie qui prend chaque jour un peu plus de place dans notre quotidien. Lvolution de tv passe de phase analogique vers la phase numrique qui ce dernier sinspire largement de la tlvision analogique. Les modifications majeures concernent la compression des sources audiovisuelles et le mode dacheminement de linformation audiovisuelle. La tlvision numrique peut utiliser diffrents modes de diffusions:

Le satellite Le cble, dans les grandes villes Le rseau Internet, notamment grce lavnement de lADSL Le canal hertzien terrestre traditionnel

Dans ce cadre ce projet aura comme objectif de prsenter ce quest la Tlvision Numrique Terrestre ainsi que les avances quelle offre aux tlspectateurs par rapport la tlvision classique. Nous verrons les moyens utiliss pour raliser ces avances technologiques. Le projet sera plus spcifiquement centr sur ltude du cas de la France o la TNT est en cours de dploiement avec la norme DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestre).Notre projet est divis sur quatre chapitres:

-Le premier chapitre consiste tudier les deux concepts qui sont la tv numrique terrestre fixe et mobile avec les diffrents standards mondiaux.-Dans la deuxime chapitre on va prsenter la conception de chane DVB-T et les diffrents normes retenus pour la diffusion terrestre. -Le chapitre trois sert prsenter la modulation multi-porteuse qui adopte limplantation de la modulation numrique pour la diffusion terrestre. -Le dernier chapitre est consacr llaboration dune application qui utilise les connaissances requise dans les chapitres prcdents en utilisant loutil Matlab Simulink.Introduction gnrale

63Chapitre 1: La Tlvision Numrique Terrestre

Introduction La tlvision numrique est aujourdhui propose par toutes sortes doprateurs, depuis les cblo-oprateurs grce aux accs haut dbit de type ADSL ou modem cbl ou par satellite jusquaux oprateurs hertzienne, comme la TNT (tlvision numrique terrestre).I. Historique1817: dcouverte de la proprit qui engendrera la cellule photovoltaque. Cellule qui permet de transformer la lumire en courant lectrique. 1897 : mise au point du tube cathodique 1931 : Ren Barthlemy effectue en France la premire transmission dune image de 30 lignes. 1936 : retransmission des Jeux Olympiques en Allemagne. Plus de 150000 tlspectateurs assistent en direct cet vnement. 1951 : premire mission public de tlvision couleur. 1969 : Vision en direct du premier pas de lhomme sur la lune. 1994 : premire transmission numrique lUSA pour le grand public. 1998 : la Grande Bretagne lance ses chanes de tlvision numrique terrestre. 1999 : apparition de la nouvelle norme MPEG2. 2000 : naissance des normes MPEG 4 et 7. 2003 : attribution de frquence pour la TNT en France. 2005 : dploiement de la TNT en France.II. La tlvision numrique terrestre (Fixe) 1-Dfinition La TNT (Tlvision Numrique Terrestre) ou DTTV en anglais (Digital Terrestrial Tlvision) est un systme de diffusion terrestre de la tlvision dans lequel les signaux vido audio et de donnes ont t numriss, puis ordonns dans un flux unique (multiplexage) avant dtre moduls puis diffuss, c'est--dire transporter jusquau tlspectateur via les ondes lectromagntiques.

Figure 1: Le systme de diffusion terrestre. 2-Principe de fonctionnement La diffusion numrique terrestre ou hertzienne utilise le principe classique de la diffusion dans les bandes VHF/UHF, mais ces dernires au lieu de transporter les images et le son en analogique les vhiculent aprs numrisation et compression selon la norme MPEG2/DVB-T. - Le chemin numrique dun film ou dune mission est le suivant : 1. cration de la source audiovisuelle. 2. codage numrique de la source. 3. compression de la source. 4. multiplexage et transformation en analogique. 5. mission des chanes en analogique. 6. rception des chanes en analogique. 7. sparation des chanes en numrique. 8. restitution de la source audiovisuelle.

1-Les tapes 1, 2, 3 dpendent de la chane qui met le programme. Ces tapes seront vues dans la partie MPEG-2(encodeur) de chapitre 2. 2- Les tapes 4 et 5 sont ralises par le diffuseur. Ces tapes seront vues dans la partie MPEG-2(systme) de chapitre 2. 3- Les tapes 6, 7, 8 sont ralises successivement par lantenne, le dcodeur puis la tlvision du tlspectateur au niveau de rception.

Figure 2: Le chemin numrique dmission/rception

2.1-Codage sourceCe systme permet de transporter le flux des informations sous forme numrique. Le codage de linformation est diffrent suivant que lon soccupe du son ou de la vido. Le codage vido a retenu MPEG-2 tandis que le codage audio est ralis grce au procd Musicam qui utilise les proprits de loreille humaine pour ne coder que les informations ncessaires.

Tableau 1: Les normes de codage sourceChanes gratuites Chanes payantes

SDSD HD

VidoMPEG2, 4Mbits/sMPEG4 AVC 1Mbit/sMPEG4 AVC8Mbit/s

AudioMPEG layer 3,Dolby AC3,192Kbit/s ou 5.1384Kbit/s MPEG4 ACC MPEG4 ACC

2.2-Multiplexage Les nouvelles techniques numriques avec compression des informations transmises permettent de diffuser dans une largeur de bande quivalente un canal analogique cinq ou six programmes organiss en multiplex de programmes, le multiplexage TNT sinsre dans les canaux tabous de la bande UHF. Ce sont les canaux qui ne peuvent tre utiliss en analogique mais conviennent au numrique. La diffusion TNT est ralise avec un recul de lordre de 10 13dB par rapport lanalogique pour une couverture comparable. Les techniques daccs conditionnel reposent sur trois niveaux fonctionnels : lembrouillage et le dsembrouillage des signaux, la gestion des signaux de contrle daccs et enfin la gestion des titres daccs lis aux modes de commercialisation. Cette ressource favorise lenrichissement de nouvelles offres de services trs facilement diffrentiables qui peuvent tre commercialises par abonnement ou par paiement la sance.

Figure 3: Multiplexage de flux lmentaires.

2.3-Codage canal Le codage du canal DVB seffectue en suivant le principe de la modulation COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) qui consiste rpartir linformation sur un grand nombre de porteuses distinctes et orthogonales modules individuellement.Son principal avantage est son excellent comportement en prsence dchos dus aux rflexions sur des montagnes ou des btiments. Figure 4: Porteuses orthogonales du COFDM. Figure 5: Modulation 64QAM. 3-Principales amliorations de la TNT Le passage de la tlvision classique la tlvision numrique offre de nombreux avantages pour le tlspectateur et aussi pour les diffuseurs. Ainsi le tlspectateur a entre autre un choix de programmes plus grand une meilleure interactivit mais aussi une meilleure qualit visuelle et sonore.3.1- Amliorations de loffre audiovisuelle Deux principaux avantages sont mis en avant lamlioration de la qualit visuelle et sonore et laugmentation du nombre de programmes qui peuvent tre diffuss. Lamlioration de la qualit visuelle et sonore est due aux nouvelles techniques qui sont utilises pour transmettre et compresser les programmes. Ainsi les phnomnes de neige , de couleurs dlaves ou qui bavent de dchirure dimages nexisteront plus avec la TNT. En effet le numrique est bas sur le principe tout ou rien : soit la qualit de limage est parfaite soit il ny a pas dimage. Laugmentation du nombre de chanes permet lapparition de nouveaux acteurs audiovisuels. Les organismes de rgulations nationales peuvent permettent lapparition de chanes locales ou de chanes dassociation.Deux diffrents types de chane peuvent tre diffuss : les chanes payantes et les chanes gratuites. Dans certains pays comme la France, il a t dcid que la technique de compression ne serait pas la mme pour les chanes gratuites que pour les chanes payantes.Les chanes payantes auront une qualit visuelle accrue et un plus grand nombre de service accessible.

Figure 6: Exemple de chaine de diffusion numrique

3.2- Amliorations techniques Les nouveaux procds utiliss la compression et le multiplexage notamment accroissent le nombre de chanes qui peuvent tre diffuses tout en diminuant lencombrement du spectre de frquences. Diminuer lencombrement du spectre est une chose importante car celui-ci est trs utilis dans de nombreux domaines. Citons par exemple la tlphonie mobile la radiodiffusion les applications militaires Ainsi tout en augmentant loffre audiovisuelle on amliorera lutilisation des frquences. Cette tape peut tre franchie ds lors que la tlvision analogique ne sera plus utilise. Pour cela il faut que tous les centres dmissions tlvisuels soient mis jour pour la tlvision numrique. En France il a t planifi que la tlvision analogique et numrique fonctionnerait simultanment pendant environ 15 ans. Dans les zones frontalires, la TNT est difficile mettre en place. En effet les frquences de fonctionnement de la TNT peuvent interfrer avec les pays frontaliers. Do parfois des difficults pour la mise en uvre du rseau de diffusion de la tlvision numrique. Le passage la technologie numrique est de plus un gain dargent et une nouvelle source de revenus pour les diffuseurs et crateurs de programmes.

4. Les technologies classiques de Tv fixe [1] Il existe trois normes de diffusion coexistent lchelle mondiale:

Figure 7: Les technologies de diffusion de la TNT dans le monde

4.1- ATSC La norme ATSC (Advanced Tlvision Systems Commute) dploye aux Etats-Unis, au Canada et en Core du Sud ne permet pas par la nature de la modulation 8-VSB employe, une rception mobile.

4.2- ISDB-T La norme ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial) a t retenue au Japon pour la diffusion de la TNT lance en dcembre 2003 Tokyo Osaka et Nagoya. LISDB-T est en de nombreux points similaires la norme europenne DVB-T (notamment pour le multiplexage et la modulation). La principale diffrence rside dans le fait que dans lun des modes de lISDB-T la bande passante est divisible en 13 segments temporels (intervalles temporels similaires ceux introduits par le DVB-H par rapport au DVB-T). Or de 1 3 de ces segments temporels ont t rservs pour la diffusion destination des mobiles le reste ayant t consacr la diffusion de la TNT fixe. Bien quaucun service commercial dISDB-T mobile nait encore t lanc au Japon cette norme est donc dj compatible et des prototypes de rcepteurs existent. Il est prvu que la NHK et les cinq grands rseaux gratuits du hertzien terrestre seront diffuss destination des mobiles en ISDB-T partir du mois de mars 2006.

4.3-DVB-T Le DVB-T est la norme europenne de la TNT cre en 1995 et publie en 1997 par le consortium DVB (Digital Video Broadcasting). Elle est aujourdhui utilise dans plus de 50 pays. Le DVB-T consiste en une modulation de type COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Modulation) porteuses multiples. Il existe deux modes possibles, dits respectivement 2K et 8K . Cest le mode 8K, combin une modulation spcifique (QPSK, 16QAM, 64QAM) qui est gnralement retenu pour la diffusion de tlvision numrique hertzienne notamment en France.

Figure 8: Les normes de la TV Numrique Terrestre

Norme retenu pour la Tunisie: DVB-T (lAfrique du Nord et en particulier la Tunisie fait partie de la Zone europenne de planification.

5. Principe de la tldiffusionLa diffusion doit assurer lcoulement dans les meilleures conditions et dbit du flux de donnes. La tldiffusion sappuie sur le principe dinondation . Nous verrons ici les principaux procds utiliss pour la tldiffusion.5.1. Larchitecture du rseau de diffusion: En 1990, a t codifi par lUIT-R4 trois tapes dans llaboration et la transmission dun programme audiovisuel. Deux de ces tapes concernent le milieu professionnel et la troisime concerne le grand public : -le service de contribution. Il assure la mise en forme des signaux. Cest ce stade que les retouches vido ou sonores sont effectues. - le service de distribution primaire. Il assure le lien entre les centres de productions audiovisuels et les ttes de rseaux de diffusion. - le service de distribution secondaire. Il distribue les donnes audiovisuelles depuis les ttes de rseaux jusque chez le tlspectateur.

Figure 9: Architecture du rseau de diffusion

5.2-Le rseau MFN Cest le rseau multifrquence, il sagit du principe actuellement utilis pour les rseaux de diffusion de la tlvision analogique. La ressource est alors essentiellement lie la capacit quoffre le numrique dutiliser les canaux adjacents des diffusions analogiques actuelles. Cest sur cette base que la France, comme la plupart des pays europens, dgage une ressource de six canaux pour la nouvelle TNT. En dautres termes, chaque canal actuel (TF1, France 2, France 3, Canal+, La Cinquime/ARTE, M6) offrira six canaux la place dun canal de telle sorte que les six chanes principales offriront au total 36 canaux de tlvision numrique.

Figure 10: Rseau MFN5.3-Le rseau SFN Cest le rseau mono frquence, un seul et mme canal est utilis par tous les metteurs pour couvrir le mme territoire. Moins consommateur en frquences il est plus coteux implmenter. Figure 11: Rseau SFN

III-La tv numrique terrestre (mobile)1-Dfinition La tlvision mobile diffuse par voie terrestre apparat comme une volution naturelle de la TNT. La diffusion destination de rcepteurs mobiles sinscrit dans la continuit de la diffusion numrique hertzienne. Mais en ltat actuel des techniques les normes de la TNT (DVB-T) ne sont gure adaptes une rception mobile.

Figure 12: TV Numrique mobile

2- Les technologies classique de TV mobile [2] La tv Numrique mobile nest pas encadre au type de diffusion terrestre peut obtenir la tv numrique partir de rseau cellulaire. 2.1-Le DVB-H, lvolution de DVB-T Prenant acte que la norme DVB-T en dpit de son succs comme norme de diffusion de la TNT y compris au-del de lEurope ntait pas immdiatement adapte une diffusion mobile le consortium DVB sest attel ds 2000 la tche dadapter le DVB-T pour rsoudre les problmes rencontrs. Ces travaux ont donn naissance la norme DVB-H.Le DVB-H est une technologie de diffusion de contenus audiovisuels destination de rcepteurs mobiles. Il permet la portativit dans DVB-H le H signifie Handheld pour les rcepteurs que lon peut tenir la main.

2.2-Le MBMS La technologie MBMS (MultiMedia Broadcast / Multicast Services) permet justement de doter le rseau UMTS voire GPRS de cette nouvelle capacit.La technologie MBMS constitue une volution du rseau mobile UMTS qui rend possible un nouveau mode dusage. En ce sens, la mise en uvre du MBMS ne ncessiterait pas de frquence supplmentaire : le MBMS prend appui sur lUMTS existant. Le MBMS permet deux types de services : les services de broadcast et les services de multicast : -Dans le premier cas ( broadcast ), le contenu est diffus tous les utilisateurs situs dans la mme cellule de rception (autour du mme site). Ces services pourraient correspondre des modles conomiques o le diffuseur paie pour envoyer son contenu, qui pourrait tre de la publicit, des bandes annonces ou des messages davertissement.

Figure 13: Service de MBMS de type broadcast

-Dans le second cas ( multicast ), linformation nest adresse qu un groupe restreint dutilisateurs prsents dans cette cellule. Le modle conomique envisag serait la souscription, donnant accs des services comme de la mto, des petites annonces, etc.En tout tat de cause, le MBMS napparat pas comme un concurrent des technologies de diffusion comme le DVB-H ou le DMB, qui permettent de diffuser des bouquets dau moins une dizaine de chanes.2.3-La technologie FLO de Qualcomm La socit amricaine Qualcomm est lun des spcialistes de la technologie amricaine de tlphonie cellulaire CDMA. Elle possde de trs nombreux brevets dans ce domaine, dont elle a vendu les licences dexploitation plus de 65 quipementiers dans le monde. Cette socit a galement conu une plate-forme dapplications mobiles (Brew), et dveloppe des solutions de golocalisation.Qualcomm a annonc en octobre 2004 le lancement d'une plate-forme ddie aux services de diffusion de tlvision et de vido sur rseaux mobiles. Qualcomm sappuie pour cela sur la technologie FLO (Forward Link Only), dveloppe en interne. FLO est ainsi un standard propritaire. Qualcomm a cr en novembre 2004 une filiale, MediaFLO Inc., dont le but est dagrger un ensemble de contenus (tlviss, mais aussi vidos, clips) et de les distribuer sur une centaine de canaux dont 15 chanes en direct (QVGA en MPEG-4), une quarantaine de chanes de clips en boucle, des radios et des donnes sous IP. Le modle conomique retenu par Qualcomm est un modle dagrgateur de contenus. La plate-forme utilisera un logiciel client embarqu spcifique sur les terminaux et reposera sur la technologie Brew comme middleware. La plate-forme MediaFLO Content Distribution System (MCDS) serait oprationnelle d'ici 2006. Qualcomm annonce vouloir investir dans MediaFLO prs de 800 millions de dollars dans les quatre cinq prochaines annes.

Conclusion Dans ce chapitre, on a prsent ltat de lart de tv numrique terrestre mobile et fixe avec leur standards mondiaux, dont on a intress dexpliquer le principe de fonctionnement de la TNT fixe, leur principale amlioration technique et audiovisuelle et les techniques de diffusion dans le monde et en cas spcifique la norme DVB-T quon va la dvoiler dans le chapitre suivant.

Chapitre1 : La tlvision numrique terrestre

Chapitre 2: Conception de chane de transmission numrique terrestre

Introduction La tlvision numrique terrestre est l'une des technologies en vogue en ce moment. Cette nouvelle gnration de tlvision fera la une pour au moins les dix annes venir et sera l'un des domaines d'intrt des chercheurs et des scientifiques. Nous commencerons dans ce chapitre par les techniques qui peuvent rendre la transmission numrique de la vido faisable comme le codage source, le multiplexage et le codage canal puis la norme DVB-T qui spcifie la structure des trames, le codage de canal et la modulation pour la tlvision numrique par voie terrestre.

I- Le codage Sources De faon gnrale un codage permet de passer d'une reprsentation des donnes vers une autre. Parmi les diffrents codages utiliss on trouvele codage de source qui permet de compresser les donnes. La compression de donnes ou codage de source est l'opration informatique qui consiste transformer une suite de bits A en une suite de bits B plus courte contenant les mmes informations, en utilisant un algorithme particulier. Il s'agit d'une opration de codage c'est--dire chang la reprsentation de l'information dans le but de rendre la reprsentation compresse plus courte que la reprsentation originale. La dcompression est l'opration inverse de la compression. Il existe deux types de compression sans perte et compression avec perte:

Avec un algorithme de compression sans perte, la suite de bits obtenue aprs les oprations successives de compression et de dcompression est strictement identique l'originale. Les algorithmes de compression sans perte sont utiliss pour de nombreux types de donnes notamment des documents des archives, des fichiers excutables ou des fichiers texte.

Avec un algorithme de compression avec pertes la suite de bits obtenue aprs les oprations de compression et de dcompression est diffrente de l'originale mais l'information reste sensiblement la mme. Les algorithmes de compression avec perte sont utiliss pour les images, le son et la vido. Les formats de donnes tels que Zip, RAR, gzip, ADPCM, MP3 et JPEG utilisent des algorithmes de compression de donnes.1-Compression de vido numrique La vido numrique consiste afficher une succession dimages numriques. Puisquil sagit dimages numriques affiches une certaine cadence, il est possible de connatre le dbit ncessaire pour laffichage dune vido, cest--dire le nombre doctets affichs (ou transfrs) par unit de temps. Ainsi le dbit ncessaire pour afficher une vido (en octets par seconde) est gal la taille dune image que multiplie le nombre dimages par seconde.La vido numrique dfinie par le groupe MPEG. Le standard MPEG (Moving Pictures Expert Group) est srement le plus important pour le transport des images animes. Il intervient aussi bien dans la tlvision numrique terrestre que dans la transmission de vido ou dans le streaming vido sur des combins tlphoniques mobiles.

1.1-JPEG JPEG (Joint Photographic Experts Group) est le groupe qui soccupe de la standardisation des images. Aprs adoption de la norme de base JPEG ce groupe a continu ses efforts pour aboutir la norme JPEG2000. JPEG a pour objectif de trouver une bonne solution pour les applications travaillant sur des images. Limage en couleur peut tre reprsente par diffrentes techniques de codage : RGB (Red, Green, Blue), qui utilise les trois couleurs de base. YUV, avec Y pour la luminance et UV pour les signaux de chrominance. CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black).Limage est compose de blocs de 8 points sur 8 points. chaque bloc, on applique une transformation en cosinus discrte, ou DCT (Discrete Cosine Transform). Le rsultat de cette transformation est quantifi. Dernier maillon du processus de compression, les coefficients obtenus sont compresss par un codage de Huffman.

Figure 14: chane de codage et dcodage de lalgorithme JPEG1.2-MPEG-2(encodeur)[3]

Figure 15: Multiplexage de flux lmentaire

La norme MPEG-2 a t dveloppe en 1994 pour amliorer la transmission des images animes grce des images entrelaces. MPEG-2 est optimal pour une dimension de 720 par 480 pixels 60 images par seconde. Les codecs MPEG-2 Audio Layer 3, dits MP3, permettent de compresser une musique de qualit CD par un facteur 10. Le MP3 reste trs utilis, mme si lon peut faire beaucoup mieux aujourdhui. Le codage MPEG utilise trois types de trames, I, P, B, qui se distinguent par les techniques de compression utilises : codage interne (Intra-coded, ou I frames), codage de faon prdictive (Predictive coded, ou P frames) et codage de faon prdictive bidirectionnelle (Bi-directional predictive coded, ou B frames).

Trame I: Les trames I se servent dune compression spatiale utilisant des transformes en cosinus discrtes, ou DCT, qui nont aucune rfrence dautres trames.

Trame P: Les trames P utilisent une compression DCT et une compensation de mouvement, ou MC (Motion Compensation), avec des rfrences aux prcdentes trames I ou P.

Trame B: Les trames B utilisent une compression DCT et une interpolation MC avec les trames I et P prcdentes et suivantes.

Compression de Huffman:on poursuit une compression finale en utilisant une compression de Huffman qui consiste remplacer les suites de mots suites dlments binaires provenant du flot transporter, lui-mme obtenu par codage et compression des images par une nouvelle suite dans laquelle les mots qui reviennent trs souvent sont recods sur peu de bits et les mots trs rares sur des suites de bits beaucoup plus longues que loriginal. On considre que, par un codage de Huffman, on peut gagner de 25 50 %.2- la compression audio numrique Laudio numrique est bien connu depuis la mise sur le march du Compact Disc (CD) en 1984.

2.1-Principe de compression On rduit le dbit, en conservant une qualit hi-fi, de faon suivante: On tient compte de la courbe de sensibilit de loreille pour liminer les signaux non audibles.

Les masquages frquentiels et temporels rendent certains signaux inaudibles quil convient dliminer. Le masquage frquentiel est constat lorsque deux signaux voisins en frquence sont de niveaux diffrents. Le signal le plus important masque le plus faible. Le masquage temporel survient lorsquun signal de fort niveau prcde ou suit un signal plus faible qui est masqu. Le codeur comprend une courbe de masquage et une quantification variables en fonction du signal audio.La bande de frquence audio est divise en 32 sous-bandes gales en largeur et ingales en hauteur, en fonction des caractristiques de loreille humaine. Les signaux infrieurs au niveau des sous-bandes sont limins. Les zones ou loreille est la plus sensible peuvent ainsi tre quantifies, avec plus de prcision.

Figure 16: Masquage frquentiel MPEG dfinit les codages des taux de compression pour une qualit audio donne. Le codage retenu est devenu le standard europen pour le DVB tlvision, le DAB radio et le Musicam satellite.II- Le multiplexage Aprs lencodage des donnes audio et vido, on dispose dun ou plusieurs flux lmentaires composs dune suite dunits daccs (AU) chacun. Lobjectif tant denregistrer ou de transmettre ces flux ventuellement avec des informations supplmentaires sur un mme support. Il est donc ncessaire de multiplexer ces flux lmentaires.

1-MPEG-2 (Systme)[4] Une fois la compression MPEG-2 effectue, il faut assembler en un mme flux les diverses informations transmettre. cet effet, MPEG-2 effectue un multiplexage qui repose sur quatre syntaxes :

PES (Packetized Elementary Stream), qui rassemble les diffrentes composantes, audio, vido et tltexte, en une reprsentation uniforme. Cette syntaxe se proccupe de la synchronisation entre les diffrents mdias qui composent le flux.

Section, qui assure la mise en paquets du flux dinformation sans se proccuper de synchronisation mais en tenant compte des problmes de protection, essentiellement par des zones de contrle derreur de type CRC.

PS (Program Stream), qui regroupe plusieurs flux PES contribuant un mme programme en y ajoutant la signalisation ncessaire.

TS (Transport Stream), qui regroupe des flux PES mais de programmes diffrents avec la signalisation correspondante. Cette syntaxe assure lencapsulation du flot dans des paquets de longueur fixe, de 188 octets. Les deux syntaxes PS et TS ne sont pas utilises simultanment. Cest la syntaxe TS qui a t retenue pour la transmission des flux vido dans les bouquets de tlvision numrique. 2-Les canaux Dautres informations sont galement capitales pour reformer les images animes lautre extrmit du rseau. Il sagit de celles concernant la synchronisation, les rfrences dhorloge et les donnes systme. Ces informations constituent ce quon appelle le PES (Packetized Elementary Stream). On comprend la difficult de lacheminement de la vido puisque, suivant ce que lon transporte, la qualit de service varie. Deux grandes voies se prsentent pour transmettre un canal MPEG : CBR et VBR

2.1-La voie CBR On essaie de rendre le flot constant et lon utilise un canal de type CBR (Constant Bit Rate). Le flux constant est obtenu par un facteur de quantification variable ce qui donne une qualit dimage variable dans le temps. La qualit de limage dpend du facteur de quantification et donc de la compression : plus le facteur de quantification est bas plus la compression est forte et plus limage est dgrade. Plus le facteur de quantification est grand plus la compression est faible et plus la qualit de limage est bonne. 2.2-La voie VBR On utilise un canal de dbit variable qui sadapte aux variations du flux MPEG et cest un service de type VBR (Variable Bit Rate). On peut aussi utiliser des services avec une faible garantie de dlai dacheminement si lapplication de vido nest pas interactive.

3-Empaquetage des flux lmentaires Il s'agit de dcouper, a priori de faon arbitraire les flux lmentaires. Ensuite les mettre dans des paquets PES. En pratique un PES correspond souvent une unit accs (AU). Ainsi dans len-tte dun paquet PES on trouve un indicateur de temps de codage (DTS) ou de prsentation (PTS), ou bien les deux dans le cas du codage bidirectionnel des images : c'est donc le niveau o s'effectue la synchronisation entre les flux lmentaires Pour former un programme ces flux lmentaires doivent tre synchroniss dans la mme base de temps quon note PCR (voir la structure de paquet PES dans lAnnexe). La figure suivante reprsente un exemple de programme transmettre sur un flux TS. Le champ PCR peut tre transmis dans un flux part. Mais dans la pratique il est transmis dans len-tte de paquet PES dun flux vido.

Figure 17: L'empaquetage des flux lmentaires

Dans len-tte des paquets PES, on trouve aussi une indication sur le type de flux quils contiennent.4-Multiplex MPEG-2 transport Dans ce rapport on sintresse uniquement au multiplexage dans un flux transport quon appelle MPEG-2 TS. Un paquet du flux transport est de taille constante (188 octets). Ce flux peut tre de dbit variable ou de dbit constant. De mme les programmes dont il se compose peuvent avoir un dbit constant ou variable (voir dans lAnnexe la structure de paquet TS). La figure suivante reprsente le processus de multiplexage. En plus des flux lmentaires des programmes le flux transport est constitu dinformations systme utile pour le dmultiplexage. Le standard DVB ajoute au flux transport un codage correcteur derreur, ensuite la transmission sera effectue avec la modulation approprie au canal.

Figure 18: Multiplexage MPEG2 transportIII-Codage canal Les oprations de codage de canal ont pour objet de prparer le signal avant lmission. Elles comprennent essentiellement la dispersion dnergie (brassage) de code correcteur derreur et lentrelacement. Lentrelacement est une opration dont le but est de rendre le signal le plus alatoire possible, lintrt est dviter les longues suites des zros ou des uns qui crent une raie forte nergie dans le spectre. Pour le codage correcteur derreur, plusieurs algorithmes sont disponibles suivant lapplication. Parmi les codes correcteurs derreur on trouve le codage RS (Reed-Solomon), le code Viterbietc.1-Principe de fonctionnement de lapplication DVB-T Le standard DVB-T dfinit une mthode de transmission des signaux de tlvision MPEG2 conforme aux caractristiques spcifiques du canal de transmission dans lespace. La largeur de canal est trs rduite (8 MHz). Elle a recours la modulation OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) qui utilise des porteuses bande troite orthogonales entre elles. Les contraintes sur le DVB-T sont grandes et ont une influence importante sur la couverture et la puissance du signal transmis, mais il prsente lavantage de pouvoir raliser des rseaux mono-frquence. On peut rsumer son fonctionnement en 3 grandes tapes :

Le codage de source. Le codage de canal. Ladaptation du signal au canal de transmission terrestre.

Figure 19: Squence des principales oprations l'mission

2-Prsentation de DVB[5] Le consortium DVB a jou le rle de pionnier pour imposer la tlvision numrique en utilisant MPEG-2 comme mode de codage et de compression. Les progrs considrables effectus sur la compression de limage anime et la normalisation de MPEG-2 ont permis lintroduction de la tlvision numrique qui sest vite impose. La normalisation par lETSI des propositions du consortium DVB a permis la mise en place de nombreux standards :

Figure 20: Systme de transmission DVB

DVB-S, pour la tlvision par satellite. Cest le plus ancien des standards, et il est utilis presque universellement. Il faut un canal de 36 MHz pour transporter un canal dun dbit de 38 Mbit/s. Un canal DVB peut transporter de faon entrelace environ 6 canaux de tlvision.

DVB-C, pour la tlvision numrique par cble de flux MPEG-2. Ce standard est fond sur le DVB-S, mais avec une modulation modifie, utilisant du QAM la place du QPSK. Le mdium de transport, le cble, tant moins bruit que la voie satellite, on supprime une couche de protection derreur, ce qui permet de faire descendre le dbit ncessaire 8 Mbit/s pour un canal DVB.

DVB-T, pour la tlvision numrique par diffusion terrestre. Cette norme a t approuve en 1997. Les informations sont codes selon la norme MPEG-2, DVB dfinissant le mode de transport et les systmes de protection derreur. La modulation COFDM a t retenue, sous les formes 2K (1 705 porteuses) et 8K (6 817 porteuses). Chacune de ces porteuses est elle-mme module en QAM et QPSK.

DVB MC/S, pour les systmes de diffusion multipoint par micro-ondes. DVB-SI, pour les services de tlvision et dinformation en ligne. MPEG-2 permet de sparer les informations systme des informations spcifiques du programme vido. DVB met disposition un systme ouvert dinsertion dinformations systme, qui permet au terminal ou lutilisateur de naviguer travers les services. On peut donc retrouver toutes les informations ncessaires pour raliser un zapping simplifi ou concernant les programmes (heure de dbut et de fin dune mission, type de lmission, etc.).3-Emetteur DVB-T [6] A Lmission: les images et les sons sont comprims selon la norme MPEG 2 adapt par DVB-T. Les trains de donnes grandes vitesse contiennent les paquets vido, son et donnes.

Figure 21: Chaine d'mission du signale DVB-T

3.1-Le systme de la chane dmission: Le systme est une suite dquipements qui ralise ladaptation des signaux en bande de base aprs la sortie du multiplexeur de transport MPEG-2 au canal de transmission terrestre.Le traitement suivant est appliqu au flux de donnes : Adaptation multiplex et brassage. Codage externe. Entrelacement externe. Codage interne. Entrelacement interne. Mapping et modulation. Transmission OFDM.On peut choisir entre un mode de transmission hirarchique ou non hirarchique.3.2 Mode hirarchique En mode hirarchique, le synoptique de la chane de modulation inclura les modules en tirette sur la figure prcdente. Le mode hirarchique permet la transmission dun multiplex de services en deux canaux indpendants protgs diffremment, pour correspondre au mieux aux spcifications du canal ou de couverture. On distingue les modes simulcast et multi programme . Mode simulcast: Ce mode assure la transmission du service par deux flux de transport de MPEG spars :Le flux de bas dbit: sera cod avec une forte protection, cest- dire des taux de code bas (par exemple 1/2 ou 2/3) et une modulation non uniforme la plus robuste. Ce flux bas dbit fortement protg est appel flux haute priorit HP.Le flux de haut dbit: transporte le mme contenu de programme avec un dbit binaire plus lev et permet une meilleure qualit dimage, mais exige de meilleures conditions de rception pour un dcodage sans erreurs.Selon linstallation dantenne et les conditions de rception, le rcepteur est capable de dcoder le flux binaire le plus intressant (HP ou LP). Mode multiprogramme:Le flux bas priorit contient un ou plusieurs programmes diffrents de ceux prsents dans le flux haut priorit. Un rcepteur portable reoit les programmes HP: un rcepteur fixe dcode en plus le flux LP permettant dobtenir des programmes supplmentaires.

3.3-Brassage dentre Le but est de rpartir uniformment lnergie dans le canal dmission en interdisant les longues suites de 0 ou de 1 qui creraient des raies parasites. Le principe consiste en la superposition dans un registre (PRBS) dune squence pseudo alatoire connue (1 + X14 + X15) sur huit paquets transports.

Figure 22:Principe de brassage3.4-Codage externe et entrelacement externe: Le codage externe et lentrelacement seront excuts sur les paquets dentre.

Codage externe: Le codage de Reed Salomon est not RS (188, 204, t=8) figure 23 ce qui veut dire 188 octets en entre, 204 en sortie du codeur c'est--dire 16 octets de redondance dans chaque paquet TS et 8 octets sur 188 peuvent tre corrigs. Si plus de 8 octets sont dtects comme errons le paquet est marqu comme dfectueux.

Figure 23:Codage Reed Solomon

Avec le codage Reed Solomon, il est difficile de corriger une longue suite binaire errone. Il est donc ncessaire dentrelacer les octets de paquet entre elle pour rpartir les erreurs sur plusieurs paquets. Ainsi le code Reed Solomon, peut facilement corriger ces erreurs.

Entrelacement externe: Afin de rendre plus efficace la correction par le codage RS, on va disperser les erreurs au moyen de lentrelaceur, lordre initial des chantillons tant rtabli dans le rcepteur (voir le schma de lentrelaceur et le dsentrelaceur et le structure de paquet aprs le codage dans lAnnexe). Un entrelacement convolutif au niveau octet de profondeur I = 12 sera appliqu aux paquets protgs. Cela aboutit la structure de donnes entrelace. Les donnes entrelaces seront composes de paquets protgs inverss ou non et seront dlimites par des octets Sync (prservant la priodicit N de 204 octets). Lentrelaceur est ralis au moyen de registres dcalages avec I = 12 branches, connects cycliquement au flux dentre sortie.

Chaque branche j sera un registre dcalage de profondeur j M des cellules o M = N/I = 204/12 = 17. Chaque cellule FIFO contient 1 octet et les commutateurs dentre et de sortie sont synchroniss. Pour faciliter la synchronisation, les octets Sync et seront toujours achemins dans la branche 0 de lentrelaceur (correspondant un retard nul). Le dsentrelaceur est similaire en principe, lentrelaceur, mais les index de branches sont inverss (Cest--dire j = 0 correspond au plus grand retard). La synchronisation du dsentrelaceur est effectue en acheminant la premire synchronisation reconnue (Sync ou aSync) dans la branche 0

3.5-Codage interne On ajoute ce deuxime code correcteur derreurs pour rendre le systme robuste vis--vis des perturbations du canal de transmission hertzien (trajets multiples, Doppler...) le code choisi est le code convolutif .Chaque bloc de sortie dpend non seulement des blocs prsents lentre, mais galement des blocs prcdents.Le rendement de base du codeur est 1/2. Sa longueur de contrainte est de 7. Chaque sortie du codeur (X, Y) sobtient par convolution des donnes binaires avec les fonctions gnratrices du code : G1 = 171 octets pour la sortie X et G2 = 133 octets pour la sortie Y. Linconvnient du codeur de base de rendement 1/2 est de doubler le dbit initial. Le poinonnage qui consiste ne pas transmettre tous les bits en sortie, rduit le dbit global.

Figure 24: Synoptique d'un codeur convolutif3.6-Entrelacement interne Lentrelacement interne se dcompose en un entrelacement bits suivi par un entrelacement symboles. Lentrelacement bits permet de supprimer la corrlation des erreurs en vhiculant sur une porteuse des bits qui ne sont pas conscutifs. Quant lentrelacement symboles, il permet de ne pas moduler plusieurs porteuses conscutives par des symboles conscutifs. On a deux types dentrelaceur: Entrelaceur bits: lentre est spare en v sous flux binaires (v = 2 pour le QPSK, 4 pour la 16-QAM, 6 pour la 64-QAM) par un dmultiplexeur qui rarrange les bits avant de les appliquer aux entrelaceurs.

Entrelaceur symbole: le but de lentrelaceur symbole est de mapper des mots de v bits sur les 1 512 (mode 2K) or 6 048 (mode 8K) porteuses actives par symbole OFDM. Le flux de donnes en sortie de lentrelaceur consiste en des mots de v bits, qui sont mapps sur un symbole complexe z en codage de Gray pour les modes QPSK, 16-QAM et 64-QAM.

3.7-Mise en trame Le signal transmis est organis en trames. Chaque trame a une dure de Tf et consiste en 68 symboles OFDM. Quatre trames constituent une super trame. Chaque symbole est constitu par un jeu de : -K = 1 705 porteuses (dont 1 512 utiles) dans le mode 2K. -K = 6 817 porteuses (dont 6 048 utiles) dans le mode 8K. Le symbole OFDM est transmis avec une dure Ts. Il se compose de deux parties : une partie utile avec la dure Tu et un intervalle de garde avec une dure . Lintervalle de garde consiste dans une recopie cyclique de la partie utile Tu et est insre devant elle. Quatre valeurs dintervalles de garde peuvent tre utilises. Ce sont des multiples de la priode lmentaire T = 7/64 s. Les symboles dans une trame dOFDM sont numrots de 0 67. Tous les symboles contiennent des informations de donnes et de rfrence. Chaque symbole OFDM peut son tour tre considr comme divis en cellules, chacune associe la modulation porteuse pendant un symbole (voir Annexe).La dure des symboles selon les rendements de code est donne dans le tableau suivant.

Tableau 2: Dure de symbole selon les rendements de codeMode8K2K

/Tu1/41/81/161/321/41/81/161/32

Dure du symbole Tu8192T896 s2 048T224 s

Dure de lintervalle de garde 2048T224s1024T112s512T56 s256T28s512T56s256T28s128T14s64T7s

Dure du symboleTs = + Tu10240T1120s9216T1008s8704T952s8448T924s

2560T280s2304T252s2176T238s2112T231s

3.8-Capacits/performances (C/N) et dbits Le dbit utile du DVB-T (en Mbit/s) sexprime par : Du = DsMCBTu/TsAvec : Ds: dbit du symbole, soit 6,75 Mbit/s, M : nombre de bits par symbole, soit 2 pour QPSK, 4 pour 16-QAM, 6 pour 64-QAM. C: taux de code convolutif, soit 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8. B: efficacit du codage Reed Solomon, soit 188/204. Tu: dure utile du symbole. Ts: dure totale du symbole.Le dbit minimal correspond au QPSK, C = 1/2, /Tu = 1/4 et ncessite un C/N de 3 dB soit : 6,75 2 1/2 188/204 (896/1 120) = 4,976 Mbit/s. Le dbit maximal correspond au 64-QAM, C = 7/8, /Tu = 1/32 soit : 6,75 6 7/8 188/204 (896/924) = 31,668 Mbit/s mais ncessite un C/N de 20 dB (voir le dbit utile en fonction de taux de code et de /Tu dans lAnnexe).4-Rception DVB-T: A la rception: Les antennes UHF doivent recevoir les canaux analogiques et les multiplex numrique, condition que la largeur de bande soit suffisante.

Figure 25: Chane de rception du signale DVB-T4.1-Rcupration porteuse/horloge Ce dispositif rcuprer la synchronisation du dmodulateur la probabilit dune perte de synchronisation affectant lensemble de la gamme C/N de dmodulateur devrait tre trs faible.

4.2-Dcodeur interne Ralise le dcodeur de la protection contre les erreurs de premier niveau. Devrait fonctionner un taux derreur binaire (TEB) dcision dun quivalent lentre compris entre 10-1 et 102 (selon le dbit de code adapt) et produire un TEB de sortie denviron 2.10-4 ou moins, qui correspond un service QEF prs correction de code externe. Ce dispositif peut aussi utiliser les informations dcision souple. Il value chacune des dbits de code et des configurations perforation jusqu' verrouillage. En outre il peut rsoudre les ambiguts de phase de dmodulation de valeur . 4.3-Dcodeur de loctet de synchronisation Ce dcodeur fournit linformation de synchronisation ncessaire pour le processeur de dsentrelacement. Il peut aussi rsoudre toutes les ambiguts manant de dcodeur OFDM (non dtecter par le dcodeur viterbi). 4.4- Dsentrelaceur convolutionnel Ce dispositif permet de randomise sur loctet les salves derreur gnrer par la dcodeur interne. Ceci fin damliorer la capacit de dcodeur externe corriger les salves derreur.4.5-Dcodeur externe Fourni un deuxime niveau de protection contre lerreur. Il peut une sortie QEF (un TEB compris entre 10-10 et 10-11 environ) en prsence des salves derreur lentr un TEB se situation 7 10-4 environ, voire mieux grce a lentrelacement fini des octets. Vido Dans le cas dune profondeur dentrelacement I=12, le TEB dentre par un dcodeur QEF estim 2.10-4. 5-Avantages et inconvnients La DVB-T offre plusieurs avantages tels que: Qualit de rception constante (contrle lmission). 5 6 programmes numriques / canal analogique. Rcepteurs numriques avec mise jour logicielle. Possibilit de rception hertzienne mobile de qualit.Malgr ses nombreux avantages, la norme DVB-T possde certains inconvnients:

Introduction de rseaux mono-frquence (SFN). Moins de canaux disponibles quavec le satellite. Si mauvaise rception, pas dimage. Nouveau standard volution trs rapide. Cot de linfrastructure des metteurs terrestres. Cot et complexit des circuits de dmodulation.

V-La diffusion de signale1-situation de rception Il faut distinguer deux situations diffrentes pour la rception de tlvision numrique par voie de Terre : la rception fixe et la rception mobile. Dans les deux cas, on suppose quil sagit des conditions types rencontres en pratique et non des conditions les plus dfavorables, par exemple, on suppose quil est possible doptimiser la position dune antenne avec une marge de +- 50 cm. On considre quune antenne directive place 10 m audessus du sol est destine la rception fixe. Pour la rception mobile, on considre quil sagit dune antenne non directive place audessus ou lintrieur de lquipement (cestdire 1,5 m du sol ou audessus du plancher). Le cas le moins favorable, au rezdechausse dun immeuble, est gnralement trait sparment. Dans la spcification sur la DVBT, les donnes relatives lefficacit du systme sont bases sur les rsultats de simulations ralises laide du modle de canal de Rayleigh pour la rception mobile (rception omnidirectionnelle et voie propagation par trajets multiples) et du modle de canal de Rice pour la rception fixe (avec une antenne directive).Dans ce dernier cas, on applique un facteur de Rice K = 10 dB, ce qui revient dire que le champ reu du signal direct est suprieur de 10 dB celui de toutes les autres composantes du signal rflchi. La spcification DVBT utilise ainsi des valeurs connues pour le rapport signal/bruit requis en thorie pour les divers modes de fonctionnement. Cependant, il faut sattendre, dans les analyses de la couverture, une perte dau moins 34 dB, due la mise en uvre.

2-Rseau tudier(SFN) [6] Deux configurations de rseaux dmetteurs sont particulirement intressantes pour les services DVBT locaux et rgionaux : un rseau SFN tendu, comportant un grand nombre dmetteurs. un rseau SFN minimal ne comportant que deux metteurs, galement adapt la rception avec metteurs dappoint.

Le rseau SFN partir duquel les rsultats ont t obtenus couvre une zone denviron 400 x 240 km. Il se compose de 33 metteurs disposs en une configuration rgulire distants les uns des autres de 60 km, soit la distance moyenne dans les rseaux actuels dmetteurs de tlvision. Tous les metteurs diffusent un signal synchrone de mme puissance. La hauteur type dun metteur est de 150 m audessus du sol, celle dune antenne de rception de 10 m en cas de rception directive et de 2 m en cas de rception mobile. Les probabilits de couverture ont t tudies pour la rception directive et non directive dans une zone.

Tableau 3: Les divers rglages de lintervalle de garde du DVBTDure de lintervalle de garde (Tg) pour une dureDe symbole utile (Tu) donneCapacit de transmission (%)Pour une dure Tu donne

Tu =896sTu=224sTu =896sTu=224s

1/4 224s100%

1/8 112s111%

1/16 56s 1/4 56s118%100%

1/32 28 s 1/8 28s122%111%

1/16 14s118%

1/32 7s122%

Rectangulaire (zone A1) de 60 x 52 km, considre comme reprsentative dun rseau SFN tendu. Pour gagner du temps de calcul, on a galement pris le cas de la rception au point P2 situ environ 25 km dun metteur : lexprience montre en effet que les rsultats obtenus en cet emplacement correspondent peu prs la moyenne de la zone lintrieur du rseau. Le rseau SFN minimal considr dans ltude de lIRT se compose juste de deux metteurs distants de 60 km de mme puissance et mme hauteur dantenne. Leurs coordonnes (en km) sont : metteur 1 (0, 0), metteur 2 (60, 0). Les probabilits de couverture pour les deux types de rception ont t analyses dans une zone rectangulaire de 150 x 60 km autour des deux metteurs SFN.

2.1-Impacte des paramtres de transmission La spcification a t formule avec tant de souplesse quil est possible de choisir les paramtres de transmission idaux pour chaque application, quil sagisse dun dbit de donnes la source particulier (SDTV ou TVHD), dune fiabilit de transmission spciale (protection contre les erreurs ou modulation pour rception fixe ou mobile), dune structure de rseau particulire (metteur unique ou SFN) ou enfin de se conformer divers rapports S/B. Les ressources en frquences sont ainsi utilises au mieux lors de lintroduction de la DVBT.

2.2-Longueur de lintervalle de grade Les organes de normalisation travaillant sur la DVBT en Europe ont exig loption rseaux SFN de manire rentabiliser lutilisation des ressources en frquences. La modulation COFDM repose donc sur une TFR 8k qui autorise une longueur dintervalle de garde Tg = 224 s avec un sur dbit de 25% et un temps de symbole utile (Tu) de 896 s. Les temps de propagation admissibles des signaux sont plus grands que le retard du signal entre les metteurs adjacents lorsque leur distance est de moins de 67 km. Un grand intervalle de garde se paie en capacit de transmission (25% par exemple). De mme, les cots matriels lextrmit rception augmentent du fait de la longueur des temps de symbole OFDM (TFR 8k). En matire dintervalle de garde, les compromis seffectuent soit aux dpens de lconomie en frquences du point de vue de la planification du rseau (faibles probabilits de couverture dans le rseau SFN) soit ceux de lefficacit de la transmission (faible dbit de donnes). Un grand intervalle de garde ne sera pas systmatiquement ncessaire pour tous les concepts de couverture dans le systme de tlvision numrique par voie de Terre. On peut mettre en place des services locaux ou rgionaux avec des intervalles de garde nettement moins longs que dans un rseau SFN tendu. Bien quil soit possible daugmenter les conomies de spectre mme avec un long intervalle de garde dans un rseau SFN, il faut cependant accepter que cette dure entrane une diminution de lefficacit des transmissions pour les services locaux dont le rseau est planifi de manire conventionnelle. Cest pourquoi la spcification DVBT prvoit dune part diffrents intervalles de garde (1/4, 1/16, 1/8 et 1/32 du temps de symbole utile) et de lautre, deux temps de symbole, Tu = 896s et224s. Le plus court indique que le nombre de porteuses est rduit en consquence et quon utilise un systme TFR 2k au lieu de 8k. La spcification DVBT tient ainsi compte de six valeurs dintervalle de garde, comprises entre 7 et 224 s. Cette flexibilit de lintervalle de garde permet doptimiser lefficacit des transmissions en fonction de la structure du rseau. Bien que cette efficacit soit inversement proportionnelle la dure de lintervalle de garde, ce nest gnralement le cas que lorsquon vise raliser une trs importante conomie de spectre dans un vaste rseau SFN.

ConclusionChapitre 2: Conception de chane de transmission numrique terrestre

Dans ce chapitre, nous avons mis laccent sur les normes existantes pour la tlvision numrique par voie terrestre qui sont MPEG-2, MPEG-4 et DVB-T qui prend les mcanismes de dispersion dnergie, codage externe (Reed-Salomon), entrelacement interne et codage interne (convolutif poinonn). La norme a d donc mettre laccent sur la suppression des chos causs par les rflexions, ainsi que sur la possibilit de mettre en place des rseaux mono-frquence (Single-Frequency Network ou SFN en anglais). Une solution satisfaisante ces problmes a t trouve en choisissant la modulation OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)Chapitre 3: La modulation multi-porteuse

Introduction

La modulation multi porteuse est une technique de modulation utilise dans des normes europennes telles que la radiodiffusion numrique (DAB) et la diffusion de vido numrique (DVB). On observe de nos jours un intrt considrable pour de nouvelles technologies sans fil capables de raliser des hauts dbits, comme l'OFDM qui offre une forte protection pour les canaux trajets multiples. En effet, lOFDM consiste transmettre des donnes numriques en les modulant sur un grand nombre de porteuses en mme temps. Dans ce chapitre, on propose donc un systme OFDM utilisant la transforme de Fourier rapide tout en dfinissant les diffrents termes importants comme les conditions ncessaires pour assurer lorthogonalit de porteuses, la notion de lintervalle de garde et celle de linterfrence inter et intra symboles. Ensuite on dcrit le systme de transmission dOFDM cot mission et rception.

I- La modulation numrique [7]Les systmes de transmission numrique vhiculent de l'information entre une source et un destinataire en utilisant un support physique comme le cble, la fibre optique ou encore, la propagation sur un canal radiolectrique. Les signaux transports peuvent tre soit directement d'origine numrique, comme dans les rseaux de donnes, soit d'origine analogique (parole, image...) mais convertis sous une forme numrique. La tche du systme de transmission est d'acheminer l'information de la source vers le destinataire avec le plus de fiabilit possible.Le schma synoptique d'un systme de transmission numrique est donn la figure 1 o l'on se limite aux fonctions de base : La source met un message numrique sous la forme d'une suite d'lments binaires. Le codeur peut ventuellement supprimer des lments binaires non significatifs (compression de donnes ou codage de source), ou au contraire introduire de la redondance dans l'information en vue de la protger contre le bruit et les perturbations prsentes sur le canal de transmission (codage de canal). Le codage de canal n'est possible que si le dbit de source est infrieur la capacit du canal de transmission (la probabilit d'erreur Pe tend dans ce cas vers 0 d'aprs les travaux de Hartley - Shannon). La modulation a pour rle d'adapter le spectre du signal au canal (milieu physique) sur lequel il sera mis. Enfin, du ct rcepteur, les fonctions de dmodulation et de dcodage sont les inverses respectifs des fonctions de modulation et de codage situes du ct metteur. La modulation a pour objectif d'adapter le signal mettre au canal de transmission. Cette opration consiste modifier un ou plusieurs paramtres d'une onde porteuse. S(t) Acos(0.t 0) centre sur la bande de frquence du canal.Les paramtres modifiables sont : L'amplitude : La frquence :f 0 La phase: 0 Dans les procds de modulation binaire, l'information est transmise l'aide d'un paramtre qui ne prend que deux valeurs possibles.Dans les procds de modulation M-aire, l'information est transmise l'aide d'un paramtre qui prend M valeurs. Ceci permet d'associer un tat de modulation un mot de n digit binaires. Le nombre d'tats est donc M = 2n. Ces n digits proviennent du dcoupage en paquets de n digits du train binaire issu du codeur.Les types de modulations utiliss pour traiter le signal OFDMsont: La modulation MDP-4 (Modulation par Dplacement de Phase quatre tats). La modulation MAQ (modulation sur deux porteuses en quadrature).

1-La modulation MDP Les Modulations par Dplacement de phase (MDP) sont aussi souvent appeles par leur abrviation anglaise : PSK pour "Phase Shift Keying".

Reprenons l'expression gnrale d'une modulation numrique:

m(t) = Re avec ck(t) ak(t) jbk(t)

Les signaux lmentaires ak(t) et bk(t) utilisent la mme forme d'onde g(t) qui est ici une impulsion rectangulaire, de dure T et d'amplitude gale A si t appartient l'intervalle[0, T[ et gale 0 ailleurs. On a toujours : ak(t) ak.g(t kT ) et bk(t) bk.g(t kT ) Soit : ck(t) (ak jbk).g(t kT ) ck.g(t kT )Dans le cas prsent, les symboles ck sont rpartis sur un cercle, et par consquent :

ck ak jbk . d'o : ak cosk bk sink et : ak(t) cos(k).g(t kT ) bk(t) sin(k).g(t kT )On pourrait imaginer plusieurs MDP-M pour la mme valeur de M o les symboles seraient disposs de faon quelconque sur le cercle ! Pour amliorer les performances par rapport au bruit, on impose aux symboles d'tre rpartis rgulirement sur le cercle (il sera ainsi plus facile de les discerner en moyenne). L'ensemble des phases possibles se traduit alors par les expressions suivantes : lorsque M > 2 lorsque M = 2 Remarque : Les symboles ck prennent leurs valeurs dans un alphabet de M >2 lments {}o k est dfini ci-dessus avec k = 0,1,M-1. On peut aussi considrer que ak et bk prennent simultanment leurs valeurs dans l'alphabet {cosk }et { sink }.Le signal modul devient :

= Re

Soit, plus simplement, en ne considrant que l'intervalle de temps [kT, (k+1)T[ :m(t) = Re m(t) = A.cos(t k) = A. cos(t ) cos(k) A. sin(t ) sin(k)

Cette dernire expression montre que la phase de la porteuse est module par l'argumentk de chaque symbole ce qui explique le nom donn la MDP. Remarquons aussi que la porteuse en phase cos0t 0est module en amplitude par le signal A.cosk et que la porteuse en quadrature sin0t 0est module en amplitude par le signal A.sink . L'expression de la MDP montre qu'il s'agit d'une modulation enveloppe constante ; l'enveloppe tant le module de l'enveloppe complexe. Cette proprit est intressante pour des transmissions sur des canaux non linaires, ce qui fait de la MDP un outil de choix par exemple pour les transmissions par satellites. L'intrt d'avoir un signal modul enveloppe constante est que cela permet d'employer les amplificateurs dans leur zone de meilleur rendement qui correspond souvent un mode de fonctionnement non linaire. Ainsi, la disposition des symboles sur un cercle se traduit non seulement par enveloppe constante, mais aussi, par une nergie identique mise en uvre pour transmettre chaque symbole, ces deux aspects tant bien entendu intimement lis. On appelle "MDP-M" une modulation par dplacement de phase (MDP) correspondant des symboles M-aires. La figure suivante montre diffrentes constellations de MDP pour M= 2, 4 et 8.

Figure 26: constellations de MDP

La modulation MDP-4 Un autre exemple de modulation MDP-M est la modulation MDP-4 encore appele par son abrviation anglaise : QPSK pour "Quadrature Phase shift Keying".C'est une modulation d'amplitude deux niveaux sur chacune des porteuses en quadrature.Dans ce cas : n=2, M=4 et k k Les bits du train binaire entrant sont groups par deux pour former des symboles correspondant aux ck qui prennent alors leurs valeurs dans un alphabet de 4 lments suivant :{e jk} o k = , . On peut aussi considrer que ak et bk prennent simultanment leurs valeurs dans l'alphabet {cosk } et {sink }.Le tableau suivant prcise les diffrentes valeurs en fonction du symbole transmettre. Tableau 4 : Les diffrentes valeurs en fonction du symboleBit pairBit impairSymbole kakbkakbk

00001-1

1001-11

1111-1-1

01101-1

Ce tableau met en vidence la relation simple qui existe entre les bits pairs et les ak, et entre les bits impairs et les bk. A une homothtie prs et en dsignant par { ik } la suite des valeurs du train binaire au rythme de Tb = on obtient: ak = 1 2.i2k et bk = 1 2.i2k+1.m(t)=A.(12.i2k).g(tkT).cos(0t+0)A.(12.i2k+1).g(tkT)sin(0t+0)m(t)= a(t). cos(0t+0)b(t) .sin(0t+0)

Soit, en ne considrant que l'intervalle de temps [kT, (k+1) T [ :

m(t)= A.(12.i2k)cos(0t+0) A.(1 2.i2k+1)sin(0t+0) m(t)= A.ak.cos(0t+0) A.bk.sin(0t+0) De faon image, nous pouvons dire que le train binaire entrant { ik } est aiguill en un train binaire { ak } sur la voie en phase pour les bits pairs, et un train binaire { bk } sur la voie en quadrature pour les bits impairs. La vitesse des trains binaires { ak }et { bk } est deux fois plus ente que la vitesse du train binaire entrant { ik } [7].

La constellation "MDP-4"La constellation MDP-4 est reprsente figure suivante. Elle montre que l'affectation des bits aux points de la constellation se fait en gnral selon un codage de Gray.

Figure 27: Constellation de la modulation de phase MDP-4 Le chronogramme de MDP-4:La figure suivante reprsente un chronogramme de la modulation de phase MDP-4. Elle met en vidence la distribution des bits numrots du train binaire entrant { ik } vers les trains binaires { ak }et { bk } ainsi que le retard introduire sur la voie en phase pour raligner les deux flux de bits. On observe aussi que la phase du signal modul m(t) peut changer de 0, , ou radiants lors du passage d'un symbole un autre ce qui n'a, bien entendu, rien de surprenant lorsque l'on regarde la constellation de la MDP-4 .

Figure 28: Chronogramme de la modulation de phase MDP-4

Modulation et dmodulation:Le schma synoptique du modulateur qui est prsent la figure 5 montre le dmultiplexage du train binaire l'entre du modulateur en deux trains binaires sur les voies en phase et en quadrature. Les deux trains binaires sont alors cods en NRZ. La suite du schma reprsente la relation M(t) a(t).cos0t 0b(t).sin0t 0et fait donc appel deux multiplieurs.

Figure 29: Modulateur MDP-4

La dmodulation cohrente est applicable lorsque le rcepteur a une connaissance exacte de la frquence et de la phase de la porteuse. Le schma synoptique d'un dmodulateur cohrent pour la MDP-4 est prsent la figure suivante.

Figure 30: Dmodulateur cohrent MDP-4

Le dmodulateur MDP-4 est essentiellement constitu de deux dmodulateurs MDP-2. En effet, le signal reu (aprs un filtrage passe-bande ventuel) est dmodul dans deux voies parallles par deux porteuses en quadrature. Certaines techniques permettent de synchroniser l'oscillateur local avec la porteuse l'mission. Le signal en quadrature est gnr partir de l'oscillateur local et d'un dphaseur de / 2.Soit r(t) ak.cos0t 0bk.sin0t 0le signal non bruit reu par le rcepteur dans l'intervalle de temps [kT, (k+1) T [. Pour la voie A et aprs multiplication avec la porteuse rcupre, on obtient :Sa1(t) ak.cos0t 0bk.sin0t 0.cos0t 0Donc, aprs filtrage pour liminer la composante la frquence 2f0 : Sa2(t) =.De la mme manire on obtient pour la voie B: Sb2(t) =. Le rcepteur doit encore rcuprer le rythme des symboles transmis, puis chantillonner les signaux Sa2(t) et Sb2(t) au milieu de chaque priode. Les trains binaires {ak} et { bk }ainsi rcuprs sont alors multiplexs pour obtenir le train binaire { ik } [7].

2-La modulation QAM Les modulations d'amplitude sur deux porteuses en quadrature (MAQ) sont aussi appeles par leur abrviation anglaise : QAM pour "Quadrature Amplitude modulation".C'est une modulation dite bidimensionnelle.La MDA et la MDP ne constituent pas une solution satisfaisante pour utiliser efficacement l'nergie mise lorsque le nombre de points M est grand. En effet, dans la MDA les points de la constellation sont sur une droite, et dans la MDP les points sont sur un cercle. Or, la probabilit d'erreur est fonction de la distance minimale entre les points de la constellation, et la meilleure modulation est celle qui maximise cette distance pour une puissance moyenne donne. Un choix plus rationnel est alors une modulation qui rpartit les points uniformment dans le plan.Pour faire cela, nous avons vu que le signal modul m(t) peut s'crire :M(t) a(t).cos0t 0b(t).sin0t 0

et que les deux signaux a(t) et b(t) ont pour expression : a(t)= et b(t) =

Le signal modul m(t) est donc la somme de deux porteuses en quadrature, modules en amplitude par les deux signaux a(t) et b(t ) [7].2.1-La modulation 16-QAM Dans les modems analogiques actuels, on regroupe les bits transmettre par groupes. Par exemple 4 bits regroups font 16 symboles distincts (modulation "16QAM"), auxquels on affecte 4 amplitudes et 4 phases diffrentes : les 16 vecteurs de Fresnel correspondant aux 16 symboles forment ainsi une "constellation" :

Figure 31: Constellation de la modulation 16-QAM

Dans cet exemple, le vecteur codant le symbole "0001" a pour paramtres :A = arctan 18,4Une modulation 16QAM pour une rapidit de modulation de 6200 bauds (symboles par seconde) permet d'obtenir un dbit binaire thorique maximal de 4 x 6200 = 24800 bits/s. La modulation 16QAM est utilise dans le cas des conditions de rception amliore (notamment le fixe). Elle plus sensible aux brouillages que la QPSK do son utilisation sur le lien descendant.

2.2-La modulation 64-QAM Le nombre d'tats de modulation 64-QAM est donc M = 2n = 26 .On a: 64 tats (6 bits).

Figure 32: Constellation de modulation 64-QAMII- La modulation OFDM [8]La modulation multi porteuse est une technique de modulation utilise dans des normes europennes telles que la radiodiffusion numrique (DAB) et la diffusion de vido numrique (DVB). Cette modulation a suscit beaucoup d'intrt et a t propose pour beaucoup d'autres applications, y compris les rseaux locaux (LAN) et les systmes de communications personnels. Les premiers systmes de modulation multi porteuse sont apparus dans les annes 50, notamment dans les systmes militaires HF. Les premiers schmas d'OFDM ont t prsents par Chang en 1966 et Saitzberg en 1967.L'utilisation relle de modulation multi porteuse tait limite et l'aspect pratique du concept a t remis en question. Cependant, l'OFDM a t dvelopp dans les travaux de Chang et Gibby en 1968, Weinstein et Ebert en 1971, Peled et Ruiz en 1980, et Hirosaki en 1981, qui ont montr la possibilit de produire les oprations de modulation et de dmodulation OFDM par les techniques de transforme de Fourier, ainsi que d'utiliser un prfixe cyclique pour les canaux radio-mobiles. Le choix de l'OFDM comme technique de transmission a pu tre justifi par des tudes comparatives avec les systmes d'une seule porteuse. En outre, une attention considrable a t porte la combinaison de la technique de transmission d'OFDM et l'accs multiple par repartions division des codes (CDMA) dans les systmes de canaux multiples MC-CDMA par Hara et Prasad en 1997. L'OFDM est une matire de recherche pour l'usage dans les rseaux locaux sans fil et dans des applications de cble bande large.La modulation multi porteuse a t adopte comme technique de modulation pour les lignes d'abonns numriques asymtriques (ADSL, 1.536 Mb/s), les lignes d'abonns numriques de haut dbit (HDSL, 1,6 Mb/s), les lignes d'abonns numriques de haute vitesse (VHDSL, 100 Mb/s), la radiodiffusion numrique d'acoustique (DAB) et la radiodiffusion terrestre (HDTV) ainsi que pour les futurs standards de troisime et quatrime gnrations.

Figure 33: Le principe d'un systme COFDM1-Principe de la modulation OFDMLe canal multi trajet prsente une rponse frquentielle qui nest pas plate mais comportant des creux et bosses, dus aux chos et rflexions entre lmetteur et le rcepteur. Un trs grand dbit impose une grande bande passante. Si cette bande passante couvre une partie du spectre comportant des creux, il y a perte totale de linformation pour la frquence correspondante. Les modulations multi porteuses comme l'OFDM consistent rpartir les symboles sur un grand nombre de porteuses bas dbit, l'oppos des systmes conventionnels qui transmettent les symboles en srie, chaque symbole occupant alors toute la bande passante disponible.L'OFDM (orthogonal frquency division multiplex) est une modulation qui permet de transmettre des donnes numriques, au moyen d'un grand nombre de sous-porteuses bande troite, dans un canal slectif en frquences tout en assurant un bon compromis entre les performances et l'occupation spectrale du signal OFDM.

Figure 33: Spectre de diffrentes porteuses

La figure montre que lespace entre chaque sous-porteuse 1/TS permet, lorsque le spectre dune sous-porteuse est maximal, dannuler le spectre de toutes les autres : cest la condition dorthogonalit. (Orthogonal dOFDM). Pour un train de symboles initial de priode TSi, les symboles seront rpartis en N trains plus lents et auront alors une dure TS = NTSi. La dure TS des symboles et lespacement 1/TS des N porteuses forment une base orthogonale. Le principe dorthogonalit permet au rcepteur de rcuprer linformation sur chacune des porteuses.

1.1-Orthogonalitdes porteuses Lutilisation dun trs grand nombre de porteuses est une perspective presque effrayante : il faut srement beaucoup de modulateurs / dmodulateurs et de filtres? Il faut aussi davantage de largeur de bande. Il est heureusement simple de rsoudre ces deux problmes en spcifiant un espacement rigoureusement rgulier de fu = 1/Tu = 1/N.Ts entre les porteuses entre fu et fu+1, o Tu est la priode (utile ou active) du symbole pendant laquelle le rcepteur intgre le signal dmodul. Les porteuses forment alors ce que les mathmaticiens appellent un ensemble orthogonal.La kme porteuse (en bande de base) peut scrire sous la forme k(t) = o, u = et o les porteuses doivent satisfaire la condition dorthogonalittdt = 0, k # 1 = Tu, k = 1Plus intuitivement, je dirais quil sagit l de la procdure commune de dmodulation dune porteuse consistant la multiplier par une porteuse1 de mme frquence (en gnrant un battement de frquence zro), puis intgrer le rsultat. Toutes les autres porteuses donneront des battements qui se situent des multiples entiers de. Tous ces battement (brouilleurs) ont un nombre entier de cycles pendant la priode dintgration Tu. Ils intgrent donc zro.Sans filtrage explicite , nous pouvons dmoduler sparment toutes les porteuses sans aucune diaphonie mutuelle, simplement en choisissant leur espacement. En outre, nous ne gaspillons pas de spectre. Les porteuses sont tasses de manire occuper en tout la mme largeur de spectre quune seule porteuse module avec toutes les donnes et filtre avec un filtre idal.Dans les conditions difficiles, les signaux issus des rflexions multiples vont perturber lorthogonalit entre porteuses et provoquer des interfrences entre symboles. Pour liminer cet effet, on ajoute un intervalle de garde la dur du symbole. Il ne faut pas perdre de vue que lorthogonalit dun systme OFDM est fragile et de nombreux phnomnes peuvent la dtruire: Diffrence de frquence dOL (Oscillateur Local). Diffrence de frquence dchantillonnage (pour la FFT). Bruit de phase dOL.

1.2-Intervalle de grade[9] LOFDM classique nous permet de supprimer linterfrence entre symboles mais pas linterfrence entre porteuses sauf dans le cas o le canal varie trs peu pendant la dure symbole T0. Ce rsultat est en fait une approximation valable uniquement lorsque lintervalle de signalisation T0 est trs grand devant le support temporel T du canal. Pour viter cette contrainte, il est possible dutiliser une version modifie de lOFDM classique appele OFDM avec intervalle de garde (OFDM/IG). On prolonge alors la dure de la fonction rectangulaire utilise sur chaque porteuse, sans modifier lespace inter-porteuse. Un intervalle de garde est ajout chaque symbole au niveau du transmetteur pour tre sur que les informations intgres proviennent du mme symbole. Cette technique est illustre par la figure suivante.

Figure 34: Intervalle de garde

Il faut noter que plus lintervalle de garde est important, plus la rception est robuste des chos longs, au dtriment du dbit utile. Lintrt de cette mthode est quon peut supprimer de manire exacte linterfrence entre symboles sous certaines conditions. Et lutilisation dun intervalle de garde permet de rtablir lorthogonalit temporelle des porteuses. Pour ce faire, deux approches duales sont prsentes:

Le CP-OFDM classique consistant une duplication circulaire de la fin du blocen son dbut. Cette mthode permet dliminer les interfrences entre les porteuses et le rtablissement de lorthogonalit frquentielle.

Son dual le ZP-OFDM correspondant la concatnation dun bloc de zros en fin de bloc.1.3-Interfrence inter et intra symbolePour la transmission dun signal OFDM, on utilise les canaux trajets multiples. Pour cela on voit quune mme suite de symbole arrivant un rcepteur par deux chemins diffrents se prsente comme la mme information arrivant deux instant diffrents et qui sadditionnent ce qui produit automatiquement des interfrences dont on distingue :

Interfrence inter symbole:Ce sont des interfrences entre deux symboles OFDM. Cest pratiquement laddition dun symbole avec le prcdent lgrement dphas.Ce phnomne est rduit avec lutilisation dun intervalle de garde. Interfrence intra symbole:Ce sont des interfrences lintrieur dun symbole OFDM. Cest une addition dun symbole avec lui-mme lgrement dphas. Lgalisation du canal que lon ralise avec une simple multiplication rduit ces interfrences, puis on utilise le code canal qui permet de corriger les erreurs supplmentaires, dues principalement au bruit. Lutilisation dun code correcteur derreur avec une modulation OFDM est appele COFDM.Le codage produit une redondance pour dtecter et corriger les erreurs permettant au rcepteur de reconstituer les informations perdues lors de la transmission, grce la corrlation qui les lie aux informations correctement reues. 2-Description dun systme de transmission OFDM[10]:Nous ferons un tour d'horizon des principaux concepts lis la modulation d'OFDM utilisant la FFT (Fast Fourier Transform), sachant que ce type de modulation introduit la simplicit dans la conception des metteurs et des rcepteurs d'une chane de transmission. Nous analyserons l'efficacit de l'insertion d'un intervalle de garde comme mthode pour combattre l'interfrence inter symboles due la propagation trajets multiples. Ainsi, le codage sera prsent comme une manire efficace de corriger des erreurs.La modulation OFDM se ralise par IFFT (Inverse Fast Fourier Transform), et sa dmodulation par FFT.Ce schma suivant reprsente un systme OFDM complet. Il comporte un metteur, un rcepteur et un canal radio travers lequel se fait la transmission. On a dabord le gnrateur des donnes qui vont tre transmises, ensuite on a un convertisseur srie parallle qui divise les donnes son entre en des flux de donnes parallles de dbits rduits. On a encore le bloc de modulation numrique (QAM, 16-QAM ), le bloc dinsertion et domission de temps de garde, les blocs FFT et IFFT pour la modulation et dmodulation des sous-porteuses et enfin les blocs caractrisant le canal de transmission. A la sortie, on rejoint les flux de donnes parallles pour reconstituer les donnes initiales.

Figure 35: Le systme OFDM

2.1-Emetteur OFDM [11]: Le principe des modulations OFDM est de transmettre des donnes numriques sur un grand nombre de sous-porteuses modules bas dbit. Dans la pratique, le signal OFDM est form en utilisant la transforme de Fourier inverse (IFFT). Chaque symbole OFDM contient N sous-porteuses, o N est un chiffre pair (frquemment une puissance de deux).

Figure 36:La chaine d'mission de l'OFDM

Conversion Srie/ParallleCette tape permet de rpartir les symboles Xi transmettre sur les N porteuses. Un convertisseur Srie / Parallle (S/P) permet de convertir le train binaire priodique en donnes parallles. Une transposition de frquence est ncessaire avant de transmettre le signal OFDM dans un canal radio. Un canal radio peut tre caractris par une bande de frquences bien prcise et, pour ne pas perturber les communications sur les autres canaux radio, il faut s'assurer que la transmission utilise seulement cette bande de frquence.

Transforme de Fourier inverse (IFFT)La transforme de Fourier inverse permet de passer dans le domaine temporel en construisant le signal multi porteuse. La transforme de Fourier rapide inverse est ralise sur les 2N valeurs complexes Xj,k. LIFFT est donc de taille 2N. On appelle xi,n les coefficients de la transforme de Fourier inverse des Xj,k. Le signal en sortie de lIFFT est rel, il scrit aprs une conversion parallle/srie sous la forme suivante:Xi,n= , avec Cj,k = 0 pour k [N, 2N-1]

Addition dun intervalle de lintervalle de gardeAprs la conversion de domaine de frquence en domaine de temps, un intervalle de garde est ajout au signal OFDM. Il se compose d'une rptition d'un certain nombre de derniers chantillons du symbole utile qui sont ajouts au dbut de ce symbole (intervalle de garde). Cette tape permet dliminer les interfrences entre symboles. La priode de garde est ajoute au dbut de chaque symbole.On trouve 3 types dintervalle de garde: Type 1: amplitude nulle pour la priode de garde (ZP). Type 2: extension cyclique du symbole transmis (CP). Type 3: la moiti du temps de priode de garde est en amplitude nulle.2.2-Rcepteur OFDM:En rception, le signal est dmodul laide dune transforme de Fourier : le signal obtenu est alors tout simplement filtr par la fonction de transfert du canal ; en dautres termes, chaque composante du signal est multiplie par un coefficient correspondant au gain frquentiel du canal. Il savre alors facile pour le rcepteur dgaliser le canal puisquil suffit de diviser chaque signal reu par le gain correspondant (on parle dans ce cas dgalisation scalaire). De ce fait, la rception, linterfrence entre symboles est supprime et les symboles mis ne subissent quune attnuation. Chaque sous-canal peut tre alors considrer comme une transmission mono-trajet dote de son propre rapport signal bruit (fonction de lattnuation) et de largeur. Cette stratgie rend les modulations multi-porteuses moins sensibles au bruit impulsif que les transmissions mono-porteuses (puisque chaque sous-canal est trait indpendamment) et simplifie lgalisation. Il faut bien noter que malgr la prsence du terme multi, il sagit bien, dans la version de base d'une modulation multi porteuses, de la transmission dune seule source dinformation.

Figur