Institut d'Électronique et de Télécommunications de Rennes
UMR CNRS 6164

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Nouvelles techniques de réduction du PAPR pour les applications à porteuses multiples

Doctorant : Ralph MOUNZER.

Directeur de thèse : Jean-François HELARD.

Thèse débutée le : 01/10/2012.

CONTEXTE GENERAL :

Les techniques de modulations à porteuses multiples OFDM sont aujourd’hui très largement utilisées dans un très grand nombre d’applications de télécommunications (3GPP-LTE, IEEE 802 .11x, IEEE 802 .16x …) et de diffusion (DVB-T, DVB-T2, DVB-NGH…). Cependant, pour toutes ces applications, il est indispensable de réduire la consommation énergétique des émetteurs utilisés et donc de pouvoir agir sur la forme d’onde délivrée par le modulateur en optimisant son rapport entre la puissance crête sur puissance moyenne, bien connu sous le sigle de PAPR. Par exemple, dans le domaine de la diffusion, la norme de deuxième génération DVB-T2 prévoit un mécanisme normalisé pour cela, mais la complexité d’implémentation de cette fonction a fortement freiné son intégration dans les équipements développés.

Cette thèse a pour principal objectif de proposer de nouvelles solutions algorithmiques permettant l’amélioration notamment des modulateurs de diffusion de télévision numérique terrestre (TNT) de nouvelle génération (DVB-T2, DVB-NGH) et l’optimisation de la consommation énergétique des stations d’émission. Il s’agit d’améliorer l’efficacité énergétique d’un émetteur en agissant sur la forme d’onde délivrée par le modulateur, par l’optimisation du PAPR.

PROBLEMATIQUE SCIENTIFIQUE :

Parmi les techniques de réduction de PAPR existant dans la littérature scientifique, on distingue principalement deux classes de méthodes : les méthodes dites d’extension de constellation (ACE pour Active Constellation Extension) et celles dites de réservation de pilotes (TR pour tone reservation). Le principe des méthodes ACE est de modifier la position des points extérieurs des constellations utilisées en les écartant sensiblement de leur position d’origine. Ceci permet sous certaines conditions d’abaisser la valeur du PAPR sans dégrader les performances en taux d’erreur. Le principe des méthodes TR est de réserver un certain nombre de sous-porteuses du multiplex OFDM sur lesquelles on transmet des symboles dont l’unique rôle est de minimiser la valeur du PAPR. Ces dernières années, ces deux approches ont donné lieu à un grand nombre de propositions d’algorithmes de mise en œuvre et d’optimisation, mais jugés souvent trop complexes pour les plus performants ou peu efficaces pour les plus simples. Aussi ne sont-ils aujourd’hui que peu intégrés dans les modulateurs du marché. L’enjeu de l’innovation consistera donc à trouver le meilleur compromis entre la complexité de réalisation et les performances en terme de réduction de PAPR pour le ou les algorithmes proposés.

Dans un premier temps, l’étude se focalisera sur les méthodes TR, en raison de leurs bonnes performances pour les constellations d’ordre élevé et de leur compatibilité avec d’autres options de la norme DVB-T2 comme l’utilisation des constellations tournées. Pour respecter les spécifications du standard DVB-T2, les algorithmes proposés devront être basés sur une réservation de 1% de la totalité des sous-porteuses du multiplex OFDM, avec une limitation de leur puissance à un maximum de +10 dB par rapport aux sous-porteuses de données. En outre, la solution proposée devra autoriser une parfaite compatibilité avec les récepteurs DVB-T2 existants. Les algorithmes développés seront évalués au sein de chaînes de simulation de l’INSA-IETR avant d’être intégrés par un partenaire sur des plateformes matérielles à base de FPGA

Dans un second temps, l’étude se poursuivra en intégrant un contexte plus large permettant de ne pas respecter strictement les normes de diffusion DVB-T2 et DVB-NGH. Des solutions originales reposant sur l’optimisation globale du système combinant judicieusement réduction du PAPR et mise en œuvre des fonctions d’estimation de canal, de synchronisation fréquentielle ou temporelle seront abordées. Dans ce cadre, des optimisations algorithmiques globales offrant des bons compromis performance/complexité seront recherchées.

Dans un troisième temps, les solutions les plus prometteuses pourront être également étudiées en intégrant des schémas multi-antennes d’une part et en considérant un contexte différent de la diffusion.

Cette étude mettra à profit l’expertise capitalisée au sein de l’IETR (Institut d’Electronique et de Télécommunications de Rennes) depuis de nombreuses années sur l’optimisation de systèmes de communications et des techniques de réduction du PAPR. Très investi dans de nombreux projets Européens et nationaux, l’IETR est aujourd’hui dans le domaine des systèmes de communications numériques et des techniques de traitement du signal associées un acteur académique de tout premier plan.

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