Module FIP RT321 : Architectures des émetteurs-récepteurs radio UVFIP RT320 : Systèmes de transmission radio

Année 2014-15

Responsable module : M. A. Peden

Travaux pratique (TP2) : simulation du canal radio sous ADS Rédaction : F. Le Pennec Enseignant/Chercheur dpt. Micro-ondes Francois.LePennec@telecom-bretagne.eu

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Sommaire

1. INTRODUCTION ............................................................................................... 2

2. TRANSMISSION D’UN SIGNAL NRZ SUR CANAL BRUITE ..... ..................... 2

2.1 ANALYSE DU SCENARIO .................................................................................................................. 2

2.2 SIMULATIONS INTERACTIVES ........................................................................................................... 3

2.3 ANALYSE QUANTITATIVE ................................................................................................................. 4 2.3.1 Exécution de la simulation et visualisation des résultats ...................................................... 4 2.3.2 Analyse .................................................................................................................................. 5

3. TRANSMISSION D’UN SIGNAL QAM4 SUR CANAL BRUITE .... ................... 6

3.1 ANALYSE DU SCENARIO .................................................................................................................. 6

3.2 SIMULATIONS INTERACTIVES ........................................................................................................... 6

3.3 SIMULATIONS STATIQUES ................................................................................................................ 8

4. MISE EN ŒUVRE DU MODELE DE CANAL WLAN ............. ........................... 9

4.1 SIMULATION SANS VARIABILITE ........................................................................................................ 9

4.2 SIMULATION AVEC VARIABILITE ...................................................................................................... 11

4.3 MULTITRAJETS ............................................................................................................................. 11

4.4 ETUDE FREQUENTIELLE ................................................................................................................. 12 4.4.1 Effet doppler ........................................................................................................................ 12 4.4.2 Signal modulé sur canal WLAN ........................................................................................... 13 4.4.3 Evanouissements fréquentiels ............................................................................................ 13

5. BILAN ............................................. ................................................................. 14

ANNEXE 1 - PRESENTATION DU LOGICIEL ADS ........... ..................................... 16

A1.1. GENERALITES SUR ADS ............................................................................................................... 16

A1.2. DEMARRAGE D ’UNE SESSION ......................................................................................................... 16

A1.3. LES DIFFERENTES FENETRES DESIGN ET DATA DISPLAY ................................................................. 16

A1.4. REPERAGE DES ICONES ................................................................................................................ 17

A1.5. SIMULATIONS ET DATASETS ........................................................................................................... 18

A1.6. MODELISATION PAR SCHEMA BLOC , LES MODELES ET LES CONTROLES ........................................... 19

A1.7. EDITION DES PARAMETRES ET INFORMATIONS SUR LES MODEL ES .................................................... 19

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1. INTRODUCTION

Cette séance traite du développement et de l’utilisation des modèles de canaux radioélectriques. L’environnement de simulation utilisé est la plate-forme logicielle Advanced Design System (ADS) d’Agilent Technologie. Elle est dédiée au développement multi-technologies des dispositifs pour les circuits et systèmes radio et hyperfréquences. Différentes problématiques liées au canal de propagation existent : qu’intègre-t-on exactement dans la représentation du canal : l’environnement, les antennes, les étages circuits radio ? Quelle est la nature des signaux manipulés : en bande de base, sur onde porteuse, champs électromagnétiques ? Quels sont les phénomènes physiques pris en compte : atténuations, délais, variabilité, trajets multiples, bruits, propriétés angulaires des trajets ? Dans un premier temps, en considérant différents niveaux de complexité des signaux (NRZ, I&Q, enveloppe complexe), nous étudierons différentes implémentations du canal de propagation à partir de fonctions de base simples, transposables dans presque tous les simulateurs courants. Nous chercherons à mettre en évidence les conséquences de nos choix sur la qualité des signaux numériques transmis, de façon qualitative par des simulations dynamiques interactives, ou de façon quantitative à partir de post-traitement des résultats de simulations. Dans un deuxième temps, nous étudierons certaines des caractéristiques d’un modèle de propagation WLAN industriel courant disponible dans la bibliothèque du simulateur ADS. Celui-ci cible la norme HiperLAN/2 proche de Wi-FI (IEEE 802.11g), mais peut aussi être paramétré pour des usages particuliers qui seront exploités dans cette séance. On suivra les consignes pour obtenir le fichier ADS adéquat et l’utiliser dans le cadre de ce TP, afin de mener à bien les simulations proposées On trouvera en annexe une présentation résumée du logiciel ADS.

2. TRANSMISSION D’UN SIGNAL NRZ SUR CANAL BRUITE

� Ouvrir le schéma de la cellule “TransmissionNRZ” dans le dossier « NRZ »

2.1 ANALYSE DU SCENARIO

En utilisant les icones de navigation hiérarchique entre blocs , identifier les principaux constituants de la chaîne de transmission :

- l’émetteur / le canal / le récepteur

Figure 2-1 Navigation hiérarchique dans les schémas

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Question 1 Au niveau de l’émetteur, quelle est la probabilité d’apparition des éléments binaires ? Quelle est l’amplitude du signal de sortie ?

Proba = 0.5, amplitude = +/- 1

Question 2 En résumé, comment sont modélisés les deux facteurs d’environnement essentiels pris en compte dans la modélisation du canal, la distance et le bruit ? Quelle est la modélisation choisie pour le bruit et quels phénomènes concrets peut-il exprimer ?

La distance par un facteur multiplicatif appliqué au niveau du signal

Le bruit par un facteur additif, de nature gaussienne ou uniforme. Il traduit l’ensemble des phénomènes qui vont se superposer au signal utile : le bruit d’environnement (orage, démarrage de machines électriques, rayonnement cosmique ou terrestre), le bruit au niveau du récepteur (bruit d’antenne, bruit associé aux pertes dans les composants de réception (antenne, câbles, filtres, amplis, mélangeurs…), l’effet « globalisé » des interférences externes (autres émetteurs radio dans la bande de fréquence d’intérêt)

Question 3 Quel traitement élémentaire est effectué au niveau du récepteur ? Comment intervient le temps de propagation dans le canal pour la comparaison des données émises et reçues permettant le comptage d’erreur sur la chaîne de transmission ? Que peut-on en déduire concernant la synchronisation entre l’émetteur et le récepteur ?

Le signal reçu est re-normalisé à 1 ou –1 (multiplication par la valeur absolu de l’inverse)

Les informations émises et reçues sont comparées sans délai, il n’y a donc pas de modélisation des temps de propagation au niveau du canal dans ce modèle. Les émetteur et récepteur sont synchrones, le rythme étant fixé par le simulateur à flots de données

2.2 SIMULATIONS INTERACTIVES

Désactiver les deux blocs suivants et seulement ceux-ci à l’aide de l’icône disponible au niveau du bandeau supérieur :

Bloc « ParameterSweep » au niveau global Bloc « source de bruit uniforme » au niveau canal

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A partir du niveau global du schéma, exécuter la simulation à l’aide de l’icône suivante, présente

sur le bandeau supérieur :

Question 4 En positionnant successivement le curseur des distances relatives au minimum, à la moyenne (≈ 0.5) et au maximum, déterminer expérimentalement les seuils de bruit à partir desquels apparaissent des erreurs. Conclusion ?

min : 0.25 environ

moy : 0.13 environ

max : 0.01

Plus la distance est importante, moins il est nécessaire que le bruit soit important pour qu’apparaissent des erreurs. Le facteur d’atténuation affecte le niveau de signal utile, pas le niveau de bruit à l’entrée du récepteur.

2.3 ANALYSE QUANTITATIVE 2.3.1 Exécution de la simulation et visualisation d es résultats

Dans la fenêtre des schémas (designs), activer le bloc “Parameter Sweep”. Celui-ci permettra d’effectuer une série de simulations successives en faisant varier le paramètre choisi : le niveau de bruit.

Exécuter la simulation comme pour la simulation interactive précédente. Lorsque celle-ci est terminée, ouvrir une fenêtre « DataDisplay » à l’aide du bouton encadré à gauche

En utilisant le menu File/Open de la fenêtre des résultats “DataDisplay”, charger le fichier “TransmissionNRZ.dds”

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Figure 2-2 Résultats de simulation sur canal NRZ

2.3.2 Analyse

Les résultats obtenus dépendent de l’instant considérée et du niveau de bruit. Les différentes courbes montrent l’évolution des grandeurs remarquables pour une valeur de bruit fixée par le curseur présent en haut de la fenêtre. Celui-ci peut être sélectionné puis déplacé avec la souris ou les flèches du clavier pour permettre de visualiser l’évolution des courbes avec le bruit. Expérimenter.

Question 5 Combien de bits sont utilisés ici lors de la simulation ?

10000 pour chaque valeur de bruit, soit 11 => 110000 bits.

Question 6 A partir de quelle variance du bruit des erreurs apparaissent-elles ? Combien y en a-t-il et où (à quels indices) sont elles situées ? Que pensez-vous des conditions d’évaluation du TEB pour les forts rapports signal à bruit ?

A partir de 0.3, il y a 2 erreurs : 8307,8354.

Une meilleure fiabilité des résultats statistiques (TEB) serait obtenue en augmentant le temps de simulation. Plus le taux est faible, correspondant à un rapport S/N fort, plus un temps long est nécessaire pour estimer précisément le TEB. Certaines techniques statistiques existent pour contribuer à l’estimation rapide des TEB en présence de forts rapports S/N (Improve Importance Sampling, Monte Carlo…)

Question 7 Reprendre la simulation en permutant l’activation des sources de bruits gaussiennes et uniformes. A partir de quelle valeur de variance du bruit des erreurs apparaissent-elles ? Interprétation à partir de la fonction de répartition affichée ?

A partir de 0.6 environ (0.598 simulé). La distribution gaussienne fait statistiquement apparaître des écarts importants plus souvent que la distribution uniforme, ce qui entraîne des erreurs même avec de faibles écarts type dans le cas gaussien.

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3. TRANSMISSION D’UN SIGNAL QAM4 SUR CANAL BRUITE

� Ouvrir le schéma “TransmissionQAM4” de la cellule intitulée QAM4

3.1 ANALYSE DU SCENARIO Comme précédemment, identifier les principaux constituants de la chaîne de transmission :

- l’émetteur - le canal - le récepteur

Question 8 A partir des couleurs attribuées aux liens entre les différents blocs et en utilisant l’aide en ligne, quelle différence de type de données y a-t-il entre les données issues de l’émetteur dans le cas présent par rapport au cas précédent ? Que représentent physiquement ces données ?

Ce sont maintenant des données complexes (flèches vertes) alors qu’avant il s’agissait de données réelles (flèches bleues). Physiquement, on représentait auparavant le niveau de signal NRZ (données réelles). Maintenant, il s’agit des valeurs I et Q du signal modulé en bande de base (I + jQ), à raison d’un échantillon par symbole (il s’agit ici d’une modulation QAM4 à deux bits par symbole).

Question 9 Quel est le phénomène physique supplémentaire fondamental pris en compte dans la modélisation du canal par rapport au cas précédent ?

Une « certaine prise en compte » du temps de propagation (nécessitant un sur-échantillonnage et un contrôle du délai de propagation)

Question 10 Quelles sont les conséquences au niveau du récepteur vis à vis du comptage des erreurs ?

Il est nécessaire de compenser le délai de propagation avant de comparer les entrées et sorties

3.2 SIMULATIONS INTERACTIVES Exécuter la simulation au niveau du schéma principal et arranger les fenêtres d’exécution pour obtenir une présentation similaire à celle ci-dessous :

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Figure 3-1 Simulation dynamique QAM4

Question 11 Avec un bruit nul, une distance relative minimale, les autres curseurs étant également à 0, que constate-t-on concernant le comptage d’erreurs ? En cliquant sur pause pour arrêter temporairement la simulation, observer In et Out et expliquer. Cliquer à nouveau sur pause pour continuer la simulation et chercher la position du curseur « Entrée retardée » qui annule le comptage des erreurs.

Avec tous les curseurs à 0, il y a des erreurs en permanence. On constate que In et Out sont décalés, il faut donc compenser ce décalage introduit par les différents blocs de transmission. On trouve que la position 18 annule les erreurs.

Question 12 La constellation en réception montre une distorsion. En conservant les réglages précédents, chercher la position du curseur « delai » qui annule cette distorsion. Que constate-t-on maintenant concernant le comptage d’erreur ? Annuler à nouveau celui-ci. Sur quelles échelles de temps respectifs agissent finalement « Entrée retardée » et « delai » ?

Position 9, la constellation est alors « idéale », mais l’accumulation d’erreurs est à nouveau constatée. On l’annule en passant à 20 au niveau de « Entrée retardée ». Dans ce modèle « Entrée retardé » agit finalement sur le temps inter-symbole et « delai » sur le temps intra-symbole

Après avoir arrêté la simulation, activer les blocs de visualisation « I, Q, Data I, Data Q, « et « Diagramme de l’œil voie Q» dans le schéma du bloc « visualisation », dans le canal. Relancer la simulation au niveau global en observant le graphique correspondant.

Question 13 Comment la modélisation du signal évolue-t-elle juste avant et juste après le composant USampleRF à l’entrée du canal ? Que montre le diagramme de l’œil ?

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Juste avant le composant USampleRF, le signal est modélisé par un échantillon complexe par symbole. Il décrit l’état de l’enveloppe complexe à l’instant d’échantillonnage, donc la valeur du symbole. Le composant UsampleRF crée une multiplication du nombre des échantillons associés à chaque symbole (par un facteur 10), et un filtrage (de type polyphase) pour donner une allure régulière à l’évolution de cette enveloppe sur la durée du symbole. Ceci permet de « donner artificiellement une existence » au signal en dehors des instants d’échantillonnage. Le diagramme de l’œil montre la superposition des traces de l’enveloppe sur l’une de ses composantes complexes, sur une durée de 2 symboles, faisant ainsi apparaître la qualité du signal transmis. En cas de distorsion, l’œil va se fermer traduisant une dégradation de la qualité de la transmission.

3.3 SIMULATIONS STATIQUES Activer le contrôle “Parameter sweep” et exécuter la simulation, les générateurs de bruits gaussiens étant activés au niveau du canal tandis que les générateurs de bruits uniformes sont désactivés. En fin de simulation, ouvrir le data Display « TransmissionQAM4 »

Question 14 Régler à l’aide du marqueur approprié le décalage à prendre en compte entre l’entrée et la sortie pour permettre une bonne comparaison entre ceux-ci. Indiquer cette valeur. Visualiser l’évolution des différentes grandeurs avec l’augmentation du bruit en agissant sur le second marqueur. Les hypothèses de génération de bruits sont elles vérifiées concernant les voies I et Q ? Que constate-t-on sur le bruit d’enveloppe du signal ?

Position du marqueur pour annuler les erreurs : 18, comme en simulation interactive.

Le bruit sur les voies I et Q a bien une allure gaussienne tandis que le bruit d’enveloppe suit en conséquence une distribution de Rayleigh.

Question 15 Tracer l’évolution du TEB en fonction du rapport S/N en dB, à partir des valeurs disponibles dans la simulation (on changera les valeurs des tableaux TousTEB et TousSNdB de façon pertinente, à partir des variables « ErreursPourCent » et « SNdB » qui évoluent en fonction de la position du curseur de bruit)

TousTeb=[0.241,1.084,2.85,5.438,8.288,10.837,13.968,16.697]

TousSNdB=[8.528,7.279,6.310,5.518,4.848,4.268,3.757,3.299]

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4. MISE EN ŒUVRE DU MODELE DE CANAL WLAN

Ouvrir le schéma de la cellule intitulée « WLAN_time ». Etudier rapidement le schéma et repérer le modèle de canal adapté au contexte WLAN dans la palette « Antennas & Propagation ».

4.1 SIMULATION SANS VARIABILITE

Question 16 Indiquer le type de signal injecté dans le canal et le nom du modèle choisi. Insérer le à l’endroit approprié dans le schéma.

WLAN_ChannelModel

Modifier les paramètres du modèle de canal comme indiqué ci-dessous :

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o Le bloc Parameter_sweep concernant la variable de position doit être activé o Le bloc Parameter_sweep concernant la variable « seed » doit être désactivé

Simuler puis ouvrir la fenêtre data display « WLAN_Time_Fixe ».

Question 17 Commenter les 2 courbes de résultats, justifier (calculatrice inutile) les valeurs d’atténuation observées en dB pour la distance de 10 mètres et son évolution en fonction de la distance de séparation émetteur / récepteur.

C’est une transmission en espace libre à la fréquence de 5.7 GHz : Friis => L50=32.4+20log10(d(Km))+20log10(f(MHz))=32.4+20log10(d(m))+20log10(f(GHz))= env. 30+20+(20-3)=67 dB : on retrouve la valeur affichée par m3 sur la courbe de droite. La pente est constante et de 20 dB sur cette même figure, conforme aussi à la formule de Friis.

Question 18 Modifier la position du marqueur m5 et observer les évolutions dans la figure en fonction du temps. Cela vous paraît-il cohérent ? Quel est le délai supplémentaire (non réaliste) introduit par le modèle de canal ? Calculer le rapport entre ce délai avec le pas de temps élémentaire de la simulation. Justifier cette valeur à l’aide de la documentation sur le modèle de canal.

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Quand on déplace m5, le niveau diminue avec la distance, mais le délai de propagation reste fixe (il devrait augmenter avec la distance) ! En déplaçant m1 sur une seule position, on voit que le pas temporel élémentaire de la simulation est de 20 us. Le délai de propagation à 10 mètres est d/C=(10/3.108)=3.333.10-8, très petit devant ce pas. Le délai est qui apparaît est donc essentiellement celui introduit artificiellement par le modèle (nécessaire aux calculs internes). On calcule à partir du marqueur m2 : 1280 us/20 us=64, c’est exactement le nombre de token introduits tels qu’indiqués dans la doc ads du modèle WLAN.

4.2 SIMULATION AVEC VARIABILITE On modifie l’activation des blocs Parameters comme suit

o Le bloc Parameter_sweep concernant la variable de position doit être désactivé o Le bloc Parameter_sweep concernant la variable « seed » doit être activé

On modifie de plus les paramètres suivants o Pathloss=No (dans le modèle de canal) o VitesseKmH= 90 (traduit un déplacement du récepteur)

Simuler puis ouvrir le data display « WLAN_Time_variant » pour visualiser les résultats En déplaçant le curseur m1 supérieur, on observe l’évolution de la réponse selon différents hypothèses de temps initial de simulation. En effet l’évolution de la variable « seed » permet de changer les effets pseudo-aléatoires à chaque simulation.

Question 19 Commenter les résultats obtenus et faire le lien entre la forme de la densité de probabilité représentée et les paramètres du modèle.

Le niveau du pulse reçu varie avec le curseur m1, le rendu aléatoire du temps initial et la vitesse amène à l’introduction d’une variabilité dans le niveau du signal reçu, ui peut être inférieur ou supérieur au signal émis car la composante moyenne de l’atténuation est supprimée avec PathLoss=no. La courbe pdf montre que la loi rappelle une loi de Rayleigh. En réalité, même en l’absence de déplacement relatif entre l’émetteur et le récepteur, des fluctuations du signal reçu apparaissent du fait des autres objets en déplacement qui rétrodiffusent et de la variabilité de l’air.

4.3 MULTITRAJETS Modifier le modèle de canal pour intégrer en réception deux trajets à 1ms et 2 ms (attention aux unités ns dans le modèle de canal), le deuxième ayant une puissance moyenne de 50% inférieure au premier.

Question 20 Afin d’annuler les effets de variabilité, on doit positionner la vitesse du récepteur à 0 Km/H. Cette démarche est-elle conforme à la réalité ? Effectuer cette modification, puis simuler et justifier les niveaux observés en réception (sans tenir compte ici de la courbe ddp)

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On retrouve le décalage temporel de 1.280 ms vu précédemment, les deux trajets sont bien décalés de 1 ms. Les niveaux sont tels que : 0.816^2+0.578^2=1 (normalisation en puissance des trajets), et 20*log10(0.578/0.816)= -3 dB (conforme aux paramètres PowerArray choisis)

4.4 ETUDE FREQUENTIELLE L’étude est menée à partir du schéma “WLAN_freq » qu’on ouvrira, le design « WLAN_Time » pouvant être fermé. Etudier le schéma et noter les deux possibilités d’alimentation du canal : par simple porteuse ou par signal modulé en activant ou pas les blocs concernés. Le data display correspondant porte le même nom (on l’ouvrira aussi).

4.4.1 Effet doppler

Simuler en positionnant alternativement le paramètre vitesse à 0 puis à 90 Km/H.

Question 21 Pour chaque simulation, relever dans le spectre du signal reçu les valeurs de fréquence pour lesquelles le niveau est maximum, justifier ces valeurs

V=0 => f1=5.7 GHz (cf tableau des valeurs)

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V= 90Km/H => f2=5.699999525 GHz

Fdoppler= v/lam= 90*1000/3600/(3e8/5.7e9)=475 Hz

On vérifie que f1=f2+fdoppler (le véhicule s’éloigne, d’où le signe positiif)

4.4.2 Signal modulé sur canal WLAN

Question 22 Remettre la vitesse à 0 et activer la partie signal modulé à la place de la simple sinusoïde. Simuler et commenter les résultats obtenus.

Note : un bug avec ADS2011.05 oblige parfois à déplacer les résistances qui ont été désactivées (au niveau récepteur). Il faut alors sauvegarder pour supprimer les messages d’erreurs lors du lancement de la simulation.

On retrouve le spectre caractéristique d’une QAM, à l’émission et à la réception. On constate que la figure de trajectoire subit une rotation à la réception, liée aux déphasages RF. Cela affecte considérablement la forme des symboles reçus en réception (voies I et Q), ce qui ne se voit pas sur le spectre.

4.4.3 Evanouissements fréquentiels

Question 23 Insérer deux trajets de même puissance et séparés de 50 micro secondes (attention aux unités dans les paramètres du modèle de canal). Simuler et commenter les résultats obtenus. Comparer les écarts fréquentiels entre deux trous successifs qui apparaissent maintenant dans le spectre du signal reçu avec l’inverse du débit des symboles. Justifier cet écart.

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Les deux trajets sont décalés d’un temps symbole. Cela fait apparaître des trous dans le spectre reçu (effets large bande) et les symboles en réception s’en trouve d’autant plus dégradés. La distance entre deux (nouveaux) trous successifs fréquentiels est de 20 kHz, correspondant à l’inverse du délai entre les deux trajets. En effet, on a . (2 1)l nβ π∆ = + pour toutes les fréquences où les trajets

décalés d’une distance ∆l arrivent en opposition de phase, soit

( )2 2 1. . (2 1)

2.

f nC t n f

C t

π π + ∆ = + ⇔ = ∆ . Entre deux fréquences successives on aura :

( )2 1 1 2 1 1

2. 2.

n nf

t t t

+ + +∆ = − =∆ ∆ ∆

5. BILAN

Question 24 Quelles sont les principales sources de bruit dans le canal et comment intervient ce bruit vis à vis des distances respectives des émetteurs / récepteurs ?

Bruit dans le récepteur (thermique, de grenaille), bruits électromagnétiques (extraterrestres et d’orage, industriels). Les interférences créées par les autres systèmes radio perturbent également le signal reçu. Quand la distance augmente, le signal reçu est plus faible pour un niveau de bruit qui ne dépend pas de ces distances. Le rapport signal à bruit se dégrade donc avec cette distance et la qualité de communication aussi.

Question 25

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Quelles différences entre des canaux gaussien, de Rayleigh et de Rice ? Peuvent-ils être sélectifs en fréquence ? Justifier.

Gaussien : sur canal réel, Rayleigh : sur canal en bande de base, bruit Gaussien de même variance sur les voies I et Q. Rice : proche de Rayleigh mais avec une composante déterministe forte. Pas de sélectivité fréquentielle car pas de multitrajets.

Question 26 Quel est l’effet du paramètre d’environnement (exemple « urban » au lieu de « free space ») sur le signal transmis dans le modèle de canal intégré au simulateur dans ce BE ? Quel rapport avec l’ellipsoïde de Fresnel ?

Une atténuation supplémentaire par rapport à l’espace libre. La valeur dépend de l’environnement sélectionné, des hauteurs d’antennes d’émission et réception, de la fréquence. Si ellipsoïde de Fresnel est libre de tout obstacle, cette atténuation est celle de l’espace libre.

Question 27 Comment se traduit la prise en compte des déphasages RF du canal au niveau des constellations des signaux ?

Rotation du plan I et Q, plus ou moins prononcé en fonction du déphasage.

Question 28 Quelle est la conséquence de l’étalement temporel des trajets multiples sur le spectre des signaux reçus ?

Des trous dans le spectre (fading sélectif en fréquence) quand le délai devient de l’ordre de grandeur de la durée d’un symbole.

Question 29 Quel est l’effet des mouvements dans le canal sur le spectre du signal transmis ? Sur la constellation ?

Modulation de fréquence aléatoire (en fonction des trajets), gigue sur la constellation.

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Annexe

ANNEXE 1 - PRESENTATION DU LOGICIEL ADS

A1.1. GENERALITES SUR ADS ADS est un logiciel développé par la société Agilent Technologie, destiné à aider au développement des systèmes électroniques mixtes analogiques hyperfréquences et numériques. Au travers d’une interface compacte, il dispose de nombreux modules permettant d’analyser les circuits de façon adaptée aux besoins classiques : en continu, en régime variable, en temporel, en bruit… Il dispose aussi de méthodes d’analyse spécifiques aux hyperfréquences : analyse en paramètres S, analyse des non linéarités par les méthodes « harmonique balance », analyse d’enveloppes complexes intégrant les non-linéarités, simulateur électromagnétique de circuits planaires multicouches multiconducteurs. Par ailleurs, différentes méthodes d’analyse « génériques », complémentaires dans la conception globale d’une chaîne de transmission, sont implémentées : analyse paramétrique multi-variables, de sensibilité, de rendement, de plan d’expérience et d’optimisation. Enfin, un simulateur à flot de données de type « Berkeley/Ptolemy » permet d’étudier les systèmes à données discrétisées sur la base de nombreux modèles mixtes logiques, numériques et comportementaux. C’est celui-ci que nous utiliserons particulièrement dans ce BE.

A1.2. DEMARRAGE D ’UNE SESSION De façon classique : à partir de l’icône sur le bureau ou dans le menu programme. Le client ADS installé localement sur le poste de travail interroge un serveur de licence pour obtenir le jeton nécessaire à l’ouverture de session (ou lors de l’exécution des différentes simulations). Ainsi il est important de « quitter selon la procédure » (file/quit) la session active pour libérer les licences à la fin de l’utilisation du simulateur. Un projet ADS est ouvert à l’aide du menu « File/Open/Workspace… »

Figure 5-1 Projet ouvert avec vue commode en mode dossier (onglet « Folder View »)

Pour en créer un nouveau, on utilisera le menu « File/New Workspace » en étant attentif à l’emplacement du répertoire d’accueil et aux unités sélectionnées.

A1.3. LES DIFFERENTES FENETRES DESIGN ET DATA DISPLAY ADS organise ses fichiers au sein de projets « Workspace » : il s’agit d’une structure hiérarchique de fichiers et répertoires désignés par un nom unique et regroupant :

1. Les cellules (cell ) avec les schémas (design ) et les symboles 2. les fenêtres de visualisation (data display )

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3. les masques de circuits (layouts) qui ne sont pas abordés ici. La structuration en cellules introduite avec la version 2011 d’ADS permet de décrire un même élément avec différents schémas possibles, traduisant différents niveaux de complexité ou différentes technologies potentielles (polymorphisme). Un même projet peut donc contenir de nombreux schémas, reliés ou pas de façon arborescente, et de nombreux « data display ».

Figure 5-2 Fenêtre des schémas (Design)

Figure 5-3 Fenêtre des résultats (Data Display)

A1.4. REPERAGE DES ICONES

Cliquer pour poser ensuite le composant sur la page circuit

Menu déroulant pour sélectionner la librairie utile. Le contenu de la palette des composants change en fonction de la sélection

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� Dans la fenêtre de base :

Fichiers – Les exemples – Rechercher un exemple – Design – Layout – Data display � Dans une page circuit ( “design”)

FICHIERS - LIBRAIRIE ACTIVE - UNDO - ZOOM -ACTIVER/ DESACTIVER UN COMPOSANT

Composant actif – Masse – Chercher un composant – connexion – Simuler – Data display

� Dans une page « data display »

Fichiers – Dataset courant - Zoom (fenêtre) – Défilement des données – Zoom (dans

graphique)

A1.5. SIMULATIONS ET DATASETS Lorsqu’on exécute une simulation, les résultats sont sauvegardés dans un fichier (appelé « dataset »). Le nom de ce dernier peut être changé à chaque simulation, permettant de stocker des résultats différents à toute fin utile de comparaison dans un même graphique (ou plusieurs…). On pourra utiliser le menu de la page circuit (design) :

Simulate/simulation setup

Figure 5-4 Fenêtre « Simulation Setup » pour choisir le dataset

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A1.6. MODELISATION PAR SCHEMA BLOC , LES MODELES ET LES CONTROLES

ADS utilise une modélisation par schémas blocs des circuits. Ceux-ci sont reliés par des fils qui permettent la connexion des modèles entre eux. La nature des grandeurs échangées entre ces modèles dépend du type de simulation. On la devine grâce au code de couleur utilisé pour les flèches de liaison des modèles. Dans les simulations à flots de données, se sont des données typées logiques (orange), entières (orange), réelles (bleues), fixes (rose), complexe (vertes), ou timed (noir) qui peuvent utilisées . La taille des flèches de liaison peut éventuellement être variable selon les modèles, indiquant des données individuelles, vectorielles ou matricielles Type de données Couleur de la flèche Epaisseur de la flèche

Scalar Fixed Point Magenta Thin Scalar Floating Point (Real) Blue Thin Scalar Integer (ou logique) Orange Thin Scalar Complex Green Thin Matrix Fixed Point Magenta Thick Matrix Floating Point (Real) Blue Thick Matrix Integer Orange Thick Matrix Complex Green Thick Timed Black Thin AnyType Red Thin

Figure 5-5 Codification des liens dans ADS

La présence de flèches multiples aux accès d’un modèle indique la possibilité de connecter plusieurs modèles sur ce même accès. Les données de type « timed » sont des données composées « séries temporelles complexes + un réel ». Le champ « réel » est utilisé pour sauvegarder la valeur de fréquence porteuse f0. Ainsi cette donnée est typiquement utilisée pour stocker l’évolution temporelle de l’enveloppe complexe d’un signal modulé de fréquence f0.

A1.7. EDITION DES PARAMETRES ET INFORMATIONS SUR LES MODEL ES L’accès aux informations détaillées sur les modèles est obtenu en double cliquant sur leur icône dans la page « design », de façon à ouvrir la boite de dialogue permettant l’édition des paramètres. Un bouton « help » renvoie directement à la documentation en ligne ADS sur ce modèle.

Figure 5-6 Modèles : paramètres et aide en ligne

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