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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE
LENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
Universit de Mohamed El-Bachir El-Ibrahimi - Bordj Bou
Arrridj
Institut des Sciences et de la technologie
Dpartement dElectronique
Mmoire
Prsent pour obtenir
LE DIPLOME DE MASTER
FILIERE : ELECTRONIQUE
Spcialit : Rseaux et technologie de tlcommunication
Par
Mr. Amine GUISSOUS & Melle. Sarah BOUTEHRA
Intitul
Soutenu le : 26/06/2013
Anne Universitaire 2012/2013
Etude comparative des diffrents codes dEtalement.
Applications ltude de linter-corrlation et du
temps dacquisition dans les Systmes GPS/Galileo.
Encadrs par :
Dr. K. ROUABAH
Mr. S. ATIA
Mr. M. FLISSI
Devant les jurys :
- Dr. S. AIDEL Prsident
- Pr. D.CHIKOUCHE Membre
-
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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE
LENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
Universit de Mohamed El-Bachir El-Ibrahimi - Bordj Bou
Arrridj
Institut des Sciences et de la technologie
Dpartement dElectronique
Mmoire
Prsent pour obtenir
LE DIPLOME DE MASTER
FILIERE : ELECTRONIQUE
Spcialit : Rseaux et technologie de tlcommunication
Par
Mr. Amine GUISSOUS & Melle. Sarah BOUTEHRA
Intitul
Soutenu le : 25/06/2013
Anne Universitaire 2012/2013
Etude comparative des diffrents codes dEtalement.
Applications ltude de linter-corrlation et du
temps dacquisition dans les Systmes GPS/Galileo.
Encadrs par :
Dr. K. ROUABAH
Mr. S. ATIA
Mr. M. FLISSI
Devant les jurys :
- Dr. S. AIDEL Prsident
- Pr. D.CHIKOUCHE Membre
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Chapitre 0
Etude comparative des diffrents codes dEtalement.
Applications { ltude de linter-corrlation et du temps
dacquisition dans les Systmes GPS/Galileo.
Chapitre 0 Introduction gnrale
-
es codes sont les lments fondamentaux dans n'importe quel systme
d'accs
multiple par rpartition des codes tel que les systmes de
navigation par
satellites GPS et Galileo. Ces codes reprsentent l'outil qui
permet un rcepteur
GNSS de distinguer et didentifier un satellite parmi d'autres
dans la constellation.
Malgr leur grande importance, aucune grande innovation n'a t
faite dans le monde
de la navigation par satellites concernant la gnration de ce
type de codes. Le
systme GPS ancienne gnration emploi des codes de type Gold
depuis plus de 30
ans.
1- Problmatique
L'obtention de meilleures performances en termes de rsistance
vis--vis du
bruit et des Multitrajets ncessite l'utilisation des codes trs
longs. Cela implique que
l'espace de recherche sera beaucoup plus grand en comparaison
avec les structures
classiques. Par consquent, l'utilisation des processus
d'acquisition et de poursuite
traditionnels pour l'accrochage de ce type de code peut tre trs
pnalisante en
termes dau moins un facteur qui est la vitesse d'acquisition.
Les caractristiques de
ce type de code obligent les concepteurs de rcepteurs de
dvelopper de nouvelles
techniques d'acquisition rapide ou d'optimiser ce type de code.
Le dveloppement de
nouvelles techniques d'acquisition et de poursuite ncessite un
changement matriel
ce qui peut compliquer l'architecture du rcepteur. Par consquent
l'optimisation des
codes longs, qui seront utiliss dans les applications Galileo et
GPS nouvelle
gnration, s'avre une solution meilleure. C'est justement dans ce
cadre que s'inscrit
ce travail de recherche. En effet, depuis quelques annes, un
travail important a t
ralis afin de dvelopper de nouveaux algorithmes permettant la
gnration de
codes optimiss. De ce fait, le systme Galileo, annoncera pour la
premire fois cette
opration dans un espace fortement multidimensionnel, pour
amliorer la prcision
de localisation. De ce fait, Le systme Galileo emploie des codes
alatoires et le GPS
nouvelle gnration emploie son tour de nouvelles structures de
codes bass sur
des squences de type Legender.
Le but de ce travail, serait donc l'tude et la comparaison des
diffrents codes
d'talement pour les applications GPS/Galileo. Le compromis entre
les inter-
corrlations des diffrents codes utiliss dans la mme application
et la dure
d'intgration optimale sera considr pour effectuer cette
tude.
L
-
Notre mmoire est donc organis de la manire suivante :
Dans le premire chapitre, nous allons dcrire le principe du
systme de navigation
GNSS ainsi que les diffrentes techniques d'acquisition des
codes. Lobjectif du 2me
chapitre de ce mmoire est de prsenter les diffrentes techniques
d'accs multiple.
Nous allons baser ainsi notre tude sur la technique d'accs
multiple par rpartition
de code. Dans les chapitres 3 et 5, nous allons tudier les
diffrents types de codes
pseudo-alatoires utiliss dans le CDMA d'une faon gnrale et dans
les applications
GNSS comme cas exceptionnel. Dans le dernier chapitre, des tudes
comparatives
peuvent tre envisages pour en arriver finalement choisir le code
le plus
appropri. Nous allons clturer ce mmoire par des rsultats de
simulation suivies
dune conclusion dordre gnrale et des perspectives.
-
I. Chapitre I
Etude comparative des diffrents codes dEtalement. Applications {
ltude de linter-corrlation et du temps
dacquisition dans les Systmes GPS/Galileo.
Chapitre I Les systmes de navigation
GNSS
Plan du chapitre
1. Introduction
2. Prsentation du systme GNSS
3. Principe de la localisation
4. Actualits
5. Le rcepteur GNSS
5.1. Acquisition des signaux GNSS
5.1.1. La recherche srie
5.1.2. La recherche parallle
5.1.3. La recherche hybride
5.2. Les modes de dtection
6. Les sources derreurs de la localisation
7. Conclusion
Rsum
Ce chapitre est une prsentation gnrale des systmes de navigation
par
satellite GNSS pour "Global Navigation System Satellite". Il
fait l'objet aussi
d'une description dtaille du principe de localisation par
satellites. Un aperu
sur lactualit de ces systmes de navigation ainsi que les
nouvelles
gnrations seront galement abords. Dans une partie finale, les
lments
principaux des rcepteurs savoir les diffrents types des
structures
dacquisition et de recherche tel que, la recherche srie,
parallle et hybride
seront prsents avec une tude de leurs sensibilits vis--vis les
sources
d'erreurs.
-
CHAPITRE I Les systmes de navigation GNSS
1
I.1 Introduction
es systmes de navigation par satellite GNSS (Global Navigation
Satellite System)
[1], tel que GPS (Global Positioning System), et Galileo(Le
nouveau systme de
navigation par satellites) prsentent de nombreuses applications
dans les deux
domaine civil et militaire[2]. Les signaux mis par les
satellites de la constellation
permettent { tout utilisateur (mobile ou immobile) quip dun
rcepteur adquat
capable de recevoir quatre signaux avec une puissance suffisante
pour se positionner,
pour connaitre son temps et mme sa vitesse { nimporte quel
endroit du globe (sur
la terre, la mer, dans laire et mme dans lespace proche de la
terre) par rapport {
une rfrence de temps et un repre de coordonns dans lespace [3].
Les avances en
recherches scientifique favorisent lutilisation des GNSS dans
des environnements de
plus en plus contraints, comme le centre-ville [4]. Toutefois,
elles ne permettent pas
dassurer la prcision de la localisation quel que soit
lenvironnement.
Les systmes de navigation permettent un positionnement autonome
du porteur, trs
prcis court terme ; mais cette prcision va se dgrader de plus en
plus au cours du
temps : la vitesse de cette drive dpend de plusieurs paramtres
(environnement,
type de rcepteur et la qualit des services fournis). On peut
citer deux exemples
dapplications de ces services : les applications militaires avec
une erreur de lordre
de quelques millimtre, par contre les applications civiles
permettent une localisation
avec une erreur pouvant atteindre plus de 10 m.
Plusieurs solutions, particulirement dans le domaine de
traitement des signaux
GNSS permettent damliorer tout dabord la qualit de lmission et
la rception par
lintgration des nouveaux concepts pour la gnration, la
modulation et lacquisition
des signaux, en suite la conception des rcepteurs optimiss.
Vu du cot utilisateur, le systme GNSS prend la forme dun
rcepteur, autonome ou
intgr, fournissant une information de positionnement et de
datation. Derrire
1 (Diggelen, 2009)
2 (Bradford, 1996)
3 (BONIN.G)
4 (Rouabah, September 2009)
L
-
CHAPITRE I Les systmes de navigation GNSS
2
chacun de ces rcepteurs se cache une architecture et un principe
de positionnement.
C'est ce que nous allons voir dans ce chapitre.
I.2 PRSENTATION DU SYSTME GNSS
Les systmes Galileo et GPS reposent sur le mme principe de
fonctionnement :
Une constellation de satellites en orbite autour de la Terre
:
Chaque satellite de la constellation diffuse en permanence un
signal vers
lensemble des zones visibles de la Terre.
Chaque satellite inclut dans son signal les informations
prcisant sa position dans
lespace.
Un nombre illimit de rcepteurs utilisateurs, avec certaines
proprits :
rception des signaux, mesure de distances et calcule de la
position.
Figure I-1 - La constellation des satellites autour de la
terre.
En plus de lutilisation de la technique dtalement de spectre,
Galileo et GPS utilisent
de nouvelles structures de signaux et de modulations pour chaque
bande de
frquence afin dassurer une grande couverture ainsi qu'une grande
prcision de
localisation [5]. La Figure I-2 prsente le mcanisme de la
rception des signaux
GNSS.
5 (Braasch M.S, Jan.1990)
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CHAPITRE I Les systmes de navigation GNSS
3
Figure I-2 - un mcanisme simple de la rception des signaux
GNSS.
Comme l'illustre cette figure, on trouve une antenne spcifique
permettant de capter
les signaux en provenance des satellites. On trouve aussi le
bloque de dmodulation
pour liminer la porteuse et transformer le signal en bande de
base. Le rcepteur
GNSS effectue une opration de corrlation pour faire la
synchronisation
(Acquisition+ poursuite) dans le temps du code reu depuis les
satellites visibles et
celui gnr localement [6].
I.3 Principe de la localisation
En gnral, tous les systmes GNSS reposent sur le mme principe
de
fonctionnement .Trois segments (spatial, contrle et
utilisateurs) sont ncessaires
pour dterminer la position et mme la vitesse dun objet
quelconque (quil soit
mobile ou immobile), en se basant sur les phnomnes de la
propagation des ondes
EM et les lois de la gomtrie.
Ces systmes sont bass sur des mesures de distances entre le
rcepteur et un certain
nombre de satellites dont les positions sont connues tout
instant. Ces distances sont
dduites du temps de propagation (Time-delay) du signal
radiolectrique sur un
trajet simple, entre le point de rfrence du satellite metteur et
le rcepteur. Afin de
calculer ce temps de propagation, le rcepteur utilise les
mesures de pseudo-distance
de code et ventuellement aussi de phase de la porteuse.
La Figure I-3 illustre le principe de mesure de la phase entre
le code reu et le code
gnrer par le rcepteur.
6 (Jean-Marc, 2006)
-
CHAPITRE I Les systmes de navigation GNSS
4
Figure I-3 - Le principe pour dterminer la distance.
Les satellites envoient des signaux qui se propagent jusquaux
rcepteurs { la vitesse
de la lumire. Lors de la rception, le dcalage en temps du code
reu, permet de
dterminer la distance entre le satellite et le rcepteur.
Pour dterminer les coordonnes exactes du porteur (longitude
latitude et altitude)
On rsout un system d'quations trois inconnus.
{
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
( )
Pour se faire, on utilise 3 satellites pour dterminer les
distances D1, D2 et D3 plus un
4me satellite pour synchroniser les 3 satellites.
Figure I-4 - Le principe de la triangulation.
La rsolution de ce systme dquations est effectue { chaque
instant par le
rcepteur. Cest ce quon appelle le calcul des coordonnes (x, y,
z), qui donne la
position, la vitesse et mme la direction du porteur lorsque il
sagit dun mobile. Le
-
CHAPITRE I Les systmes de navigation GNSS
5
calcul donne galement accs au paramtre , qui reprsente lcart du
temps du
rcepteur par rapport au temps de rfrence; pour les services
autoriss un
paramtre qui permet de corriger les erreurs du positionnement
pour avoir une
meilleure prcision { laide du coefficient .
I.4 Actualits
Les gnrations modernes du GPS et Galileo qui sont devenues plus
performantes,
intgrent des applications avances et plus sres par rapport aux
systmes de
navigation par satellites anciens. Pour pouvoir satisfaire les
besoins futurs et
grandissant en matire de navigation, un systme combinant les
diffrents systmes
de navigations devrait introduit. La combinaison de ces systmes
de navigation va
permettre une grande couverture et une grande prcision de
localisation. Cest une
technologie de pointe qui rsulte de l'mission, { partir dune
constellation de plus de
60 satellites. Ceci permet chaque personne ayant un rcepteur
adquat de recevoir
les signaux de localisation des diffrents systmes de
navigations, par exemple les
travaux [7](le nombre des satellites = 31 GPS+ 4 SBAS + 3 QZSS +
22 GLONASS= 60
satellite).
I.5 Le rcepteur GNSS
Ltude du rcepteur nest pas le but principal de notre travail
mais la comprhension
de son fonctionnement est une tape ncessaire et importante. En
effet, le rcepteur
est compos dune chane de traitement des signaux satellitaires
reus. Son rle est de
calculer la position de lantenne de rception grce aux mesures du
temps de
propagation des signaux satellitaires [8]. Pour cela, un
rcepteur spcifique
dtermine les distances entre son antenne et chacun des
satellites reus. Ces
distances sont par la suite appeles pseudo-distances pour
signifier le caractre
erron de ces mesures. Le rcepteur a pour principales fonctions
de recevoir les
signaux radios mis par les satellites et de diffrencier les
signaux issus des diffrents
satellites en visibilit directe. Il doit galement dcoder le
message de navigation
7 (FRANK VAN DIGGELEN, 2011)
8 (El-Rabbany, 2002)
-
CHAPITRE I Les systmes de navigation GNSS
6
pour dterminer la position du satellite, sa vitesse et les
paramtres de lhorloge.
Durant ce processus, le rcepteur effectue les oprations
suivantes :
1) Une recherche et une identification des satellites
visibles.
2) Acquisition du signal.
3) Dmodulation.
4) Poursuite du code.
5) Poursuite de phase de la porteuse et extraction des
donnes.
6) Lecture du message de navigation.
Lors de la poursuite du code par le rcepteur, celui-ci effectue
la corrlation
[9] du code reu du satellite avec sa rplique qui est gnr
localement au niveau du
rcepteur. Lorsque les deux codes sont en phase (align
parfaitement),
lautocorrlation est maximale. Le dcalage temporel appliqu { la
rplique
reprsente la mesure du temps de propagation de la porteuse. En
plus de la poursuite
de code, la plupart des rcepteurs peuvent galement poursuivre la
phase de la
porteuse. Lobservation de la phase, permet dobtenir une
information de distance
plus prcise. La boucle verrouillage de phase, mesure la
diffrence de phase entre le
signal reu du satellite et un signal gnr par le rcepteur la mme
frquence. La
valeur recueillie est en fait une mesure de phase instantane qui
prend en compte le
nombre entier de cycles de la phase de battement perus depuis le
dbut des
mesures. Cependant, la valeur obtenue est ambigu puisque elle
est tronque dun
nombre entier de cycles, correspondant au nombre entier
(inconnu) de longueurs
donde sparant le satellite du rcepteur { linitialisation de ce
dernier. Ce nombre
entier est appel ambigit de la phase. Si laccrochage sur le
signal est maintenu,
lambigit est constante au cours du temps et peut tre estime grce
des
mthodes diffrentielles.
I.5.1 Acquisition des signaux GNSS
Ltape de lacquisition est une tape primordiale pour la
navigation, elle
permet de chercher et de dtecter les satellites visibles, de
synchroniser le rcepteur
avec les satellites (synchronisation grossire) et de dterminer
quelques paramtres
9 (D. V. Sarwate, 1980)
-
CHAPITRE I Les systmes de navigation GNSS
7
essentiels de la navigation, tel que le dcalage en temps et en
phase du code reu
ainsi que la variation de la frquence centrale qui est cause par
leffet de Doppler.
Plusieurs approches sont possibles, les rcepteurs peuvent
raliser une acquisition
dun seul satellite ou bien de plusieurs satellites en parallle.
Lune des
caractristiques principales de lacquisition est la rapidit de la
recherche.
Plusieurs solution sont proposes pour diminuer le temps de la
recherche, la plus
importante cest la recherche intelligente qui est base sur des
processus trs
complexes pour identifier [10] des satellites qui ont une
position connue (une
constellation contrle). C'est--dire le rcepteur peut diminuer le
nombre des
satellites cherchs et aussi minimiser lnergie par les deux modes
de fonctionnement
aveugle et almanach. En gnral, lacquisition dpend de la qualit
du rcepteur. Afin
que ce rcepteur dtecte les satellites, il fait une recherche en
deux axes, le premier
cest laxe des frquences et lautre c'est laxe de temps. La figure
suivante illustre le
principe de la recherche bidimensionnelle.
Figure I-5 - Le principe de la recherche bidimensionnelle.
En gnral, il existe trois schmas pour la recherche :
10 (Barkat, 2005)
-
CHAPITRE I Les systmes de navigation GNSS
8
I.5.1.1 La recherche srie
Le premier schma est la recherche srie (Serial search). Dans
cette mthode
le circuit dacquisition essaie de changer progressivement la
phase de la squence du
code local et de tester toutes les phases possibles une par une
jusqu{ la dtection
d'un alignement de phase. Le dcalage a un pas fixe de longueur ,
Polydoros et
Weber [11] ont tudi les performances de tel systmes pour un
canal AWGN et
Chang et Lee lont tudi pour un canal { trajet multiples
[12].
La figure suivante reprsente le mcanisme de la recherche srie
pour lacquisition.
Figure I-6 - le mcanisme de la recherche srie.
Lavantage de cette mthode est la simplicit. Par contre le temps
dacquisition est
trs lent.
I.5.1.2 La recherche parallle
La mthode de la recherche parallle permet de tester simultanment
toutes les
phases possibles. la Figure I-7 reprsente cette mthode.
Ce schma dacquisition reste une mthode destimation qui consiste
choisir la plus
grande valeur de la variable estimer.
La recherche parallle sappelle aussi lacquisition rapide base
sur le calcul de la FFT.
Elle garantit un gain trs important du temps de la recherche. En
contrepartie, le
nombre de ressources matriels devient trs excessif pour des
codes longs.
11 (Weber, May 1984.)
12 (Moon, pp. 926-928)
-
CHAPITRE I Les systmes de navigation GNSS
9
Figure I-7 - le mcanisme de la recherche parallle (FFT).
I.5.1.3 La recherche hybride
La recherche hybride est une combinaison de la recherche srie et
de la recherche
parallle, elle permet de faire un compromis entre la vitesse
dacquisition et la
simplicit du system.
I.6 Les modes de la dtection
Le dtecteur joue un rle fondamental dans le processus de
lacquisition. Il permet de
faire la dtection, avec un degr de prcision lev. Trois approches
de base sont
possibles : la dtection cohrente, la dtection non cohrente et la
dtection par la loi
carre. Ces types de dtecteurs sont reprsents sur la Figure I-8
:
Le premier mode (a) consiste multiplier le signal reu avec une
porteuse
( ) ( ). Lintgrateur permet de corrler le code dmodul ( )
avec
un code local ( ) dont la valeur de dcalage est contrle. La
sortie est attaque
par un dtecteur(en gnral un comparateur). Avec le mme principe,
les deux modes
(b) et (c) fonctionnent. La seule dfrence est le type de
lestimateur de la corrlation.
Pratiquement la sortie des corrlateurs est une variable alatoire
avec une
distribution prsente dans les figures Figure I-9 et Figure
I-10.
-
CHAPITRE I Les systmes de navigation GNSS
10
Figure I-8 - Les diffrents modes de dtection.
Dans les trois cas, la variable de dcision y est compare un
seuil T [13].Si y dpasse
la valeur du seuil T, le dtecteur dclare que les codes sont
ventuellement en phase
bien sr avec certaine probabilit derreur. Les deux fausses
alarmes [12] (erreurs)
possibles sont :
Dtecter un satellite qui nest pas visible P (1|0) ou ne pas
dtecter un satellite visible
P(0|1). En gnral, une fausse alarme gnre une augmentation dans
le temps
dacquisition. En effet, lopration de la poursuite [14] du code
sera alors active mais
le systme va vite sapercevoir quil sagit dune fausse
acquisition. Dans ce cas, il rend
la main au processus de lacquisition pour reprendre la recherche
aprs un temps de
pnalit.
13 (Landry, 1998)
14 (Mattos, April 2006)
-
CHAPITRE I Les systmes de navigation GNSS
11
Figure I-9 - Schma synoptique de la dtection des signaux
binaires.
Ce modle permet destimer les symboles partir des chantillons ( )
chaque
instant.
Alors les chantillons ( ), sont une variable alatoire avec une
densit de
probabilit :
( ) (
) ( | ) ( )
Figure I-10 - la distribution des symboles et la prise de
dcision pour le cas binaire.
La densit de probabilit conditionnelle de ( ) scrit comme :
( | ) ) ( ( )) ( ( )) ( )
- La probabilit derreur par symbole est dfinie par :
( ) .
-
CHAPITRE I Les systmes de navigation GNSS
12
- La probabilit derreur par bit est dfinie par :
( )
Il existe une relation entre et tell que :
( )
La valeur minimale de est atteinte quand un bit erron conduit au
symbole
erron.
I.7 Les sources derreurs de la localisation
Des modles mathmatiques des erreurs de la localisation
(ionosphre, troposphre)
qui sont implants dans les rcepteurs, les informations
transmises dans les
phmrides du message de navigation (La dgradation de lhorloge du
satellite)
ainsi que les mthodes de traitement du signal permettent tous de
diminuer les
sources derreurs. La prcision des mesures de pseudo-distance de
code aprs ces
corrections est caractrise par lUERE (User Equivalent Range
Error) : cette
grandeur est estime en calculant la somme quadratique des
composantes derreur
rsiduelle affectant la mesure. Le Tableau I-1 illustre le bilan
derreur des mesures de
pseudo-distance avec le code C/A.
Segment Source de lerreur Erreur (m) Erreur en % Espace Stabilit
de lhorloge de satellite 3 14,56311
Perturbation du satellite 1 4,854369
Autre (radiation thermique, etc.) 0,5 2,427184
Control Erreur de prdiction des phmrides 4,2 20,38835
Autre (performance du propulseur, etc.) 0,9 4,368932
Uti
lisa
teu
r
Retard ionosphrique 5 24,27184
Retard troposphrique 1,5 7,281553
Bruit de rcepteur et de rsolution 1,5 7,281553
Multitrajet 2,5 12,13592
Autre (biais inter-canal, etc.) 0,5 2,427184
UERE Total 20,6 100
Tableau I-1- Budget derreur affectant les mesures de
pseudo-distance de code pour
le code C/A.
-
CHAPITRE I Les systmes de navigation GNSS
13
Conclusion
Dans ce chapitre nous avons donn une brve description du
principe de la
navigation par satellites. En effet, nous avons introduit les
notions de base de la
navigation et de la localisation par rcepteurs GNSS. Les
fonctions principales de la
rception, de la recherche et de la dtection des satellites, par
le concept de
lacquisition des signaux capts, ont t aussi prsentes.
Comme il a t dmontr, les diffrent types dacquisition, srie,
parallle est
hybride sont caractriss par un temps de recherche et une
architecture soit simple
pour les modle de recherche en srie ou complexe pour dautres.
Toutes ces
structures sont bases sur la corrlation entre le signal reu et
un code gnr
localement. Nous avons prsents dans une dernire phase plusieurs
approches pour
corrler les signaux savoir, la corrlation cohrente qui ne prend
pas en compte le
dcalage en phase, et la corrlation non cohrente.
-
CHAPITRE I Les systmes de navigation GNSS
14
I.8 Bibliographie
[1] Diggelen, F. v. (2009). A-GPS: Assisted GPS, GNSS, and SBAS.
BOSTON LONDON:
ARTECH HOUSE.
[2] Bradford, W. P. (1996). Global Positioning System: Theory
end applications.
Spikler. American Institute of Aeronautics and Astronautics
.
[3] BONIN.G. (2010). Systme GPS de positionnement par
satellites. Techniques de
lingnieur.
[4] Rouabah, K. (September 2009). GPS/Galileo Multipath
Detection and Mitigation
Using Closed-Form Solutions. Mathematical Problems in
Engineering Vol. 2009.
[5] Braasch M.S. (Jan.1990). GPS receiver architectures and
measurements A.J.
Proceedings of the IEEE Volume 87, Issue 1, 48 64.
[6] Jean-Marc, P. (2006). GPS et Galileo Systmes de navigation
par satellites.
EYROLLES. Paris .
[7] FRANK VAN DIGGELEN, C. A. (2011, Mars/Avril).
GPS,GLONASS,QZSS and SBAS in
a Singlechip. GNSS Inside Mobile Phones.
[8] El-Rabbany, A. (2002). Introduction to GPS The Global
Positioning System.
Boston .London: Artech House Mobile Communications Series.
[9] D. V. Sarwate, M. B. (1980). Crosscorrelation Properties of
Pseudorandom and
Related Sequences. IEEE Trans. Commun. Technol., vol. COM-68,
pp. 594-596.
[10] Barkat, M. (2005). Signal Detection and Estimation. Second
Edition. Boston
london: ARTECH HOUSE.
[11] Weber, A. P. (May 1984.). A unified approach to serial
search spread spectrum
code acquisitionPart II: matchedfilter receiver. EE Trans. on
Communications vol.
32, pp. 550-560.
[12] Moon, B. L. (pp. 926-928). Detection and false alarm
probability of PN code
acquisition in DS-CDMA system. Electronics Letters, vol. 33,
November 1997.
[13] Landry, R. (1998). Techniques dabaissement des seuils
dacquisition et de
poursuite pour les rcepteurs GPS. Paris, France: Editions
HERMS.
[14] Mattos, P. G. (April 2006). Galileo L1C Acquisition
complexity: cross correlation
benefits, sensitivity discussions on the choice of pure pilot,
secondary code, or
something different. IEEE/ION Position Location, and Navigation
Symposium, pp.
845852.
-
II. Chapitre II
Etude comparative des diffrents codes dEtalement. Applications {
ltude de linter-corrlation et du temps
dacquisition dans les Systmes GPS/Galileo.
Chapitre II Ltalement de spectre
par squence directe
Plan du chapitre
1. Introduction
2. Mthodes daccs multiples
2.1. Accs multiples par la rpartition de frquences (FDMA)
2.2. Accs multiples par la rpartition dans le temps (TDMA)
2.3. Accs multiple par la rpartition dans les codes (CDMA)
3. Ltalement de spectre
3.1. Introduction
3.2. Historique
3.3. Le secret de ltalement de spectre
3.4. Les principes de ltalement de spectre
4. Modlisation du signal au niveau de lmetteur et de
rcepteur
5. Conclusion
Rsum
Les systmes de navigation GNSS reposent sur la CDMA (Code
Division
Multiple Access). Ce chapitre dveloppe une description gnrale
des
techniques daccs multiples utilises dans les transmissions
numriques et
spcialement la technique CDMA base sur ltalement de spectre.
Dans ce
chapitre nous dcrivons lhistorique de cette technique ainsi que
sa dfinition
et ces caractristiques. Ensuite, nous donnons la modlisation du
signal au
niveau de lmetteur dans un systme CDMA.
-
CHAPITRE II Ltalement de spectre par squence directe
16
II.1 Introduction (un calcul pour une introduction)
Supposons que le signal transmettre soit un signal analogique
pralable quantifi en
amplitude sur q niveaux reprsents par des nombres binaires de n
bits, avec
naturellement . Il conviendra donc de transmettre n bits pour
chantillon (si la
valence m=2), soit impulsion par seconde, si est la frquence
dchantillonnage. Le dbit de moments est donc :
( ) ( )
La bande passante ncessaire { la transmission PCM dun signal
analogique dont le
spectre est born par valeur suprieure est donc, daprs la
relation de
Nyquist [15]:
( ) ( )
Avec frquence maximum prsente dans le spectre du signal
analogique (au sens
de Shannon), correspondant usuellement la frquence de coupure du
filtre anti
repliement du convertisseur analogique numrique.
On constate ainsi que la bande passante ncessaire la
transmission du signal
analogique numris est n fois plus importante que celle ncessaire
sa transmission
analogique en bande de base. Pour contourner cette pnalit
intrinsque, deux voies
sont traditionnellement exploites :
La rduction du nombre de bits transmettre, avec les techniques
de compression
de donnes.
Laugmentation de la rapidit pour transmettre plus de deux bits
pendant la dure
dun symbole. Dans la suite de ce chapitre, nous allons en
particulier dvelopper
et analyser ce principe en commenant par les mthodes daccs.
II.2 METHODES DACCES MULTIPLES
Les communications dans les systmes radio-mobiles utilisent une
bande de
frquence alloue au systme, par des organismes de rgulation, dont
la largeur est
limite. Cette bande de frquence doit tre utilise d'une faon plus
judicieuse afin
dcouler le maximum de communications. Elle est partage en canaux
qui sont
15 (Marvin K. Simon, 2002)
-
CHAPITRE II Ltalement de spectre par squence directe
17
allous la demande aux mobiles pour permettre lchange
dinformations dun
terminal mobile avec le rseau ou avec dautres mobiles. La
dfinition des canaux de
communication dpend de la mthode daccs multiples retenue.
Les trois principales techniques daccs multiple sont les
suivantes :
Accs multiples par une rpartition de frquences (Frequency
Division
Multiple Access, FDMA).
Accs multiples par une rpartition dans le temps (Time Division
Multiple
Access, TDMA).
Accs multiples par une rpartition des codes (Code Division
Multiple Access,
CDMA).
II.2.1 Accs multiples par la rpartition de frquences (FDMA)
Cest la mthode daccs multiples la plus ancienne. Elle est
utilise principalement
dans les systmes analogiques et elle est combine la mthode TDMA
dans la
majorit des systmes numriques. Elle consiste subdiviser la bande
alloue (canal)
en petites bandes continues de frquences (porteuses). Chaque
porteuse est utilise
pour vhiculer un appel unique et dans un seul sens la fois (sens
montant ou sens
descendant, Uplink ou Downlink). En fonction de la capacit du
systme et ses
besoins en signalisation, un ou plusieurs canaux de contrle sont
utiliss comme le
reprsente la Figure II-1.
Figure II-1 : Partage des canaux en FDMA
-
CHAPITRE II Ltalement de spectre par squence directe
18
Les principales caractristiques de la mthode daccs multiples
FDMA sont les
suivantes :
Un circuit unique par porteuse : chaque canal FDMA est dfini
pour vhiculer une
seule communication.
Transmission continue : quand les canaux de communication dans
les deux sens
ont t attribus, les deux extrmits mettent en continu et de faon
simultane.
Faible largeur de bande : les canaux FDMA sont relativement
troits, en gnral
30 kHz ou moins, puisquils ne vhiculent quun circuit par
porteuse.
Faible complexit du terminal mobile : en effet, la transmission
en mode FDMA ne
ncessite pas dgalisation ou de tramage complexe et de
synchronisation associe
la transmission de bursts (rafales ou salves), comme dans le cas
des systmes TDMA,
puisque les informations sont mises et reues sans interruption
de faon synchrone.
Ncessit dutiliser un duplexeur : comme lmetteur et le rcepteur
doivent
fonctionner de manire simultane, le mobile doit utiliser un
duplexeur permettant
dviter les brouillages entre lmetteur et le rcepteur du mobile.
Cet quipement
entrane galement des cots supplmentaires.
II.2.2 Accs multiples par la rpartition dans le temps (TDMA)
La technique TDMA est la premire alternative la technique FDMA.
Elle est mise en
uvre dans les systmes numriques comme alternance principale { la
technique
CDMA. Elle permet de transmettre des dbits dinformations plus
importants quun
systme FDMA. La porteuse (frquence radio) est partage en N
intervalles de temps
(slots) et peut tre utilise par N terminaux, chacun utilisant un
slot particulier. Le
nombre de slots par canal est choisi en fonction de plusieurs
facteurs tels que la
technique de modulation, la bande de frquence disponible, le
dbit recherch, etc.
La Figure II-2 reprsente la rpartition de la plage de temps
:
-
CHAPITRE II Ltalement de spectre par squence directe
19
Figure II-2 : Partage des canaux en TDMA
Les diffrentes caractristiques dun systme TDMA sont :
Plusieurs circuits par porteuse : tous les systmes TDMA
multiplexent au moins
deux circuits par porteuse. Le systme GSM par exemple multiplexe
8 circuits (ou 8
canaux) par porteuse.
Transmission par bursts : la transmission venant dun mobile nest
pas continue.
A chaque instant, seule une fraction des mobiles connects au
systme et en mission,
do limpact sur le niveau dinterfrences sur le canal qui vari de
faon importante
dun slot { lautre.
Bande large ou troite : les largeurs de bandes ncessaires pour
les systmes
TDMA sont de lordre de quelques dizaines { quelques centaines de
. La largeur
de bande est dtermine par la technique de modulation choisie
avec des dbits de
quelques .
Dbits binaires et dures symboles : les dbits du canal les plus
levs crent des
interfrences inter-symboles bien plus importantes que dans un
systme FDMA. Des
retards observs en milieu urbain. Linterfrence inter-symbole a
donc un impact
important dans un systme TDMA.
Non ncessit dun duplexeur : comme les missions et les rceptions
ont lieu sur
des slots diffrents, le recours { un duplexeur nest pas
ncessaire.
-
CHAPITRE II Ltalement de spectre par squence directe
20
II.2.3 Accs multiple par la rpartition des codes (CDMA)
Larchitecture CDMA repose sur la technique de modulation
talement de spectre
(spread spectrum, SS). Ltalement de spectre est un moyen de
transmission selon
lequel les donnes occupent une largeur de bande plus large que
celle ncessaire au
transfert des donnes dune communication. La technique dtalement
de spectre
comme son nom lindique exige que le signal { transmettre occupe
une largeur de
bande beaucoup plus importante que le cas des systmes FDMA et
TDMA, comme le
montre la Figure II-3.
Figure II-3 Partage des canaux en CDMA.
Donc, la technique CDMA est une mthode daccs o chaque usager est
autoris
dutiliser toute la bande (le cas du TDMA) durant toute la dure
dappel (le cas du
FDMA).
Les caractristiques principales de ce type de systme sont :
Nombre de circuit par porteuse trs lev : les systmes CDMA
utilisent un canal
unique ou trs peu de canaux frquentiels. Ils peuvent
thoriquement transporter des
dizaines dappels sur chaque porteuse.
Largeur de bande : les systmes CDMA ncessitent des largeurs de
bande trs
importantes.
-
CHAPITRE II Ltalement de spectre par squence directe
21
Dbits binaires et dures symboles : cause des dbits binaires
levs, la dure
de symbole est trs courte. Avec un dbit de , chaque symbole a
une dure
environ (dans le cas dune modulation BPSK par exemple). Cette
proprit
permet damliorer la rsolution frquentielle qui est alors
proportionnelle 1/NT au
lieu de 1/T. Ceci est intressant pour la mesure de la distance
entre le mobile et la
station de base, par exemple pour la rcupration des signaux
issus des trajets
multiples.
Complexit au niveau du mobile : le traitement des informations
reues et mises
est beaucoup plus important que dans les autres types de systmes
puisquil faut
rajouter un niveau de codage supplmentaire.
Ncessit du contrle de puissance : lun des principaux
inconvnients de la
mthode daccs CDMA est la ncessit de disposer un mcanisme de
contrle de
puissance trs performant. Le contrle de puissance rapide est le
seul moyen
permettant de maximiser le nombre dutilisateurs communicants en
mme temps
dans le rseau.
-
CHAPITRE II Ltalement de spectre par squence directe
22
II.3 LETALEMENT de spectre
II.3.1 Introduction
Toutes les mthodes de modulation se rfrent au mme principe : une
certaine
bande passante (ou canal) la plus troite possible est affecte
une voie de
communication. Les interfrences entre canaux sont empches en
vitant les
superpositions de bandes passantes. Une transmission par
talement de spectre
abandonne ce schma : Les bandes passantes se superposent. En
dautres termes,
cest par dizaines ou centaines que des voies de communication
partagent les mmes
gammes de frquence.
II.3.2 Historique
Le principe dtalement de spectre est connu depuis la fin des
annes quarante, mais
le secret a longtemps t gard et son usage rserv { des fins
militaires jusquau
dbut des annes quatre-vingts. Dans ce contexte, les buts
recherchs ont t la lutte
contre le brouillage intentionnel de canaux de transmission dune
part, la
confidentialit des communications dautre part. Les deux
techniques corres-
pondantes mises en uvre sont ltalement de spectre par vasion de
frquence et
ltalement de spectre par squence directe [16].
Les applications civiles, la radio navigation par exemple,
tirent profit aujourdhui de
ces mthodes. Le vocabulaire a bien sur chang. Lutilisation de la
ressource spectrale
sen trouve par ailleurs optimise : il devient inutile de rserver
des intervalles vides
entre deux canaux. Cest dailleurs un avantage, puisque
lefficacit spectrale se
trouve rduite par lopration dtalement de spectre.
En particulier, Ltalement de spectre est une technique dveloppe
historiquement
pour le cryptage : Un signal tal par une technique adapte ne
peut tre repr par
balayage des frquences, il ne peut tre brouill par mission dun
message qui
interfrerait, et de plus se confond avec le bruit naturel dune
transmission (si lon
utilise une technique dtalement fonde sur des squences pseudo
alatoires).
On pourra citer le premier brevet dpos en 1941 sous le nom de
Secret
16 (Scholtz)
-
CHAPITRE II Ltalement de spectre par squence directe
23
Communication System sur la technique dtalement par lactrice
Hedy Lamarr avec
laide du compositeur Georges Antheil qui a dcrit en 1941 une
liaison hertzienne
bloque pour commander des torpdos (brevet 2.292.387 dpos le 10
juin 1941 en
tats-Unis)Figure II-4. Bien que l'ide n't pas prise au srieux au
dbut, elle est
mme oublie. Hedy et Georges ont tait trs intresss la ralisation
d'un systme
permettant la transmission de donnes de manire sr. Celui-ci a t
utilis par les
militaires ds 1960.
Figure II-4 - Le schma propos sous le nom Secret Communications
System.
La communaut scientifique la redcouvert en 1957 Sylvania
Electronic Systems
Division. Quelques annes plus tard larme la utilis sur le
terrain { cause de ses
capacits de scurisation des communications et sa rsistance aux
brouilleurs (anti-
jam).
En 1948 Shannon et Hartley publient une quation tablissant que
la capacit
maximale dun canal de communication (c'est--dire ; le dbit
maximal dun canal)
pour transmettre une information sans erreur est proportionnelle
la bande
passante de ce canal et au logarithme du rapport signal bruit
exprim en terme de
puissance, sous rserve dun procd de codage adapt (voir quation
II. 3).
Shannon publia en 1950 les principes de ltalement de spectre qui
seront mis en
application, { titre dexemple, dans les annes 70 par larme
amricaine dans la
technique GPS (Global Positioning System) [17].
Il fallait attendre les annes 90, avec lavnement des
tlcommunications mobiles,
17 (Sass)
-
CHAPITRE II Ltalement de spectre par squence directe
24
pour voir lutilisation de ltalement de spectre pour le partage
de ressources (laccs
multiples) : limplmentation du CDMA pour les communications
cellulaires est
tudie, puis standardise sous la norme IS-95 en 1993. Ce
protocole, associ la
tlphonie mobile de seconde gnration. De nombreux systmes
utilisent les
proprits du CDMA pour lapplication aux communications
cellulaires, en particulier
le W-CDMA (pour Wideband Code Division Multiple Access) qui sera
reconnu par
lITU (International Telecommunication Union) comme standard de
la tlphonie de
troisime gnration de mme quun standard concurrent le CDMA2000.
Le premier
rseau commercial utilisant le W-CDMA est mis en place en 2001 au
Japon par la
socit NTT DoCoMo. Paralllement, lEurope dveloppe son projet de
tlphonie de
troisime gnration sous lappellation UMTS (Universal Mobile
Telecommunications
System), qui utilise la technique daccs W-CDMA, tout en tant {
lorigine
incompatible avec le systme japonais [18], [19].
II.3.3 Le secret de ltalement de spectre
Considrons le thorme de Shannon et Hartley concernant la capacit
dun canal de
communication :
(
) ( )
Dans cette quation, C reprsente la capacit maximale dun canal en
bits par seconde
(bit/s ou bps), cest le taux de transfert maximum pour un taux
derreur binaire (Bit
Error Rate, BER) nul, { condition quun procd de codage adquat
puisse tre
trouv. B tant la bande passante du canal en Hertz et
, le rapport de puissance
signal/bruit [20].
On peut donc augmenter la capacit maximale en agissant sur la
largeur de bande de
faon linaire ou en agissant sur le rapport signal bruit de faon
logarithmique.
Les erreurs peuvent tre soit tout simplement ignores soit
corriges par lutilisation
de protocoles de transmission de niveau suprieur. Au niveau de
la formule, en
18 (McGillem)
19 (Jabbari)
20 (Proakis, 1999)
-
CHAPITRE II Ltalement de spectre par squence directe
25
fonction du type de bruit et du procd de codage/dcodage, on peut
intgrer le BER
sous la forme de laddition dune constante au rapport signal sur
bruit.
Dans le cas du CDMA, le bruit est constitu principalement par
les autres utilisateurs
dont on cherchera { augmenter le nombre. Il en rsulte quen rgle
gnrale un
systme CDMA opre sur des rapports signal bruit faibles, voire
trs faibles. Par
changement de base des logarithmes (base 2 vers base e),
lquation (II. 3) devient :
( ) (
) (
) ( )
Si la puissance du signal est infrieure la puissance du bruit,
on peut simplifier et
linariser lexpression (II.3), en appliquant le dveloppement en
srie de Mac Laurin
de ( ) :
[
(
)
(
)
] ( )
Puisque ltalement du spectre permet un rapport
trs faible et que la puissance du
signal utile pouvant tre infrieure au niveau du bruit. Pour un
rapport
,
lquation (II.5) devient alors :
(
) ( )
Et par approximation on obtient :
( )
La dpendance capacit/rapport signal bruit est approximativement
linaire. La
bande tale permet donc la transmission de signaux perturbs par
dautres signaux
considrs alors comme du bruit, cest { dire la transmission de
signaux sur le mme
support. Le nombre de canaux utiliss un instant donn pourra
varier de faon
souple puisque laugmentation du nombre dutilisateurs se traduira
simplement par
une augmentation, pour tous, du taux derreur. Ceci permet en
tlphonie de
maintenir une qualit de service sensiblement gale pour tous,
(plutt quune
dprciation totale pour un utilisateur) ajustable et relativement
facile.
-
CHAPITRE II Ltalement de spectre par squence directe
26
II.3.4 Les principes de ltalement de spectre
Le principe de ltalement du spectre, quelle que soit la mthode
utilise, repose sur
le codage de linformation { transmettre avec une squence pseudo
alatoire
(Pseudo-Noise, PN), connue uniquement par lmetteur et le
rcepteur.
La Figure II-5 et Figure II-6 rsume le principe de base qui
consiste multiplier
chaque symbole informatif (data) de priode symbole par une
squence pseudo-
alatoire, dont les lments ou chips ont une priode (priode chip)
beaucoup
plus faible que . La longueur de la squence PN et la priode de
chip sont
deux caractristiques importantes des transmissions DS-SS.
Dans la Figure II-5, la dure de la squence est gale la priode
symbole. Cependant,
il existe des systmes de transmission o la dure totale de la
squence PN est plus
grande que [21]. Toutefois, nous nous limitons aux cas o la dure
de la squence
PN est gale la priode symbole.
Figure II-5 - Le principe de la CDMA.
21 (R. L. Pickoltz, May 1982)
-
CHAPITRE II Ltalement de spectre par squence directe
27
Figure II-6 - la chaine de communication par codage CDMA.
Grce aux proprits des squences pseudo alatoires utilises,
l'nergie utilise
transmettant le signal de l'information de bande de base tant
tal sur une bande
plus large [22] comme illustr sur les figures (a, b et c) de
Figure II-7.
Figure II-7 - L'opration de l'talement et le ds-talement de
spectre, le signal tal
est devenue sous le niveau du bruit avec une bande de frquence
plus large.
Le signal transmis se comporte alors comme un bruit vis--vis des
autres utilisateurs
qui travaillent en bande troite ou de ceux qui ne possdent pas
le mme code.
Figure II-8 - Le codage et le dcodage des signaux
informatif.
La Figure II-8, illustre lopration du codage et du dcodage de
linformation
transmet, linformation rcupr ce nest quune estimation pour
linformation
origine.
22 (Ziemer, 1985)
-
CHAPITRE II Ltalement de spectre par squence directe
28
II.4 Modlisation du signal au niveau de Lmetteur et de
rcepteur
Le principe de ltalement de spectre semble simple et vident,
mais son excution est
plus complexe [23]. Afin d'accomplir ces objectifs, diffrents
systmes de ltalement
de spectre sont disponibles [24], mais ils ont tous le mme
principe : ils
perfectionnent lopration de ltalement et de destalement au moyen
d'un code
pseudo alatoire [25] fix un utilisateur de la voie de
transmission. La faon
d'insrer ce code dans la chane de transmission dfinit les
techniques particulires
de ltalement de spectre, la Figure II-9 montre en dtail un
exemple de ces
techniques.
Selon la faon d'insrer le code dans la chane, on distingue deux
mthodes :
Etalement de spectre par squence direct - Direct Sequence Spread
Spectrum
(DS-SS)- quand le code est insr au niveau de linformation. En
pratique, la squence
pseudo-alatoire est mlange ou multiplie avec le signal de
l'information. C'est le
cas pour le system GPS et Galile.
Etalement de spectre par saut de frquence -Frequency Hopping
Spread
Spectrum (FH-SS)- quand le code agit au niveau de la porteuse.
Les codes de FHSS
force la porteuse changer ou sauter selon cette squence
pseudo-alatoire. C'est le
cas pour la technologie Bluetooth.
La Figure II-9 illustre la structure de base de lmetteur, du
canal et du rcepteur pour
une transmission DS-SS :
Figure II-9 - Structure gnrale dune chaine de transmission
DS-SS.
23 (Garg, 2007)
24 (Turin, March 1980)
25 (Popovic, June 1999)
-
CHAPITRE II Ltalement de spectre par squence directe
29
Pour une meilleure comprhension, on suppose quun seul
utilisateur, dans notre
systme DS-CDMA, nous utilisons la modulation de phase (BPSK)
avec des squences
de codes PN bipolaires prenant des valeurs de lensemble { } pour
ltalement
spectral. Le signal transmis est alors donn par [26]:
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
O est la puissance moyenne, ( ) le signal de donnes, ( )le
signal de la squence
dtalement PRN, la porteuse et la phase initiale du signal. La
relation entre la
dure du bit de la donne et la dure dun chip est : nous pouvons
alors
exprimer ( )et ( )de la manire suivante:
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
O ( ) ( ) prennent des valeurs de lensemble { 1, +1} ( ) et (
)sont des
impulsions rectangulaires damplitude 1 et de dure et
respectivement.
Le rcepteur est modlis par lexpression ( ).
Le signal { lentre du rcepteur est donn par la relation
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
O ( ) est un bruit blanc gaussien(AWGN) de moyenne nulle et une
densit
spectrale de puissance , cest le retard relatif entre lmetteur
et le rcepteur
due la transmission, est le dphasage qui est modlis par une
variable alatoire
indpendante uniformment distribues sur , -
Le rcepteur utilise un filtre adapt, alors la sortie du rcepteur
est donne par :
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
26 (Viterbi, 1979.)
-
CHAPITRE II Ltalement de spectre par squence directe
30
II.5 Conclusion
Dans ce chapitre on a essay de prsenter, le plus explicitement
possible, une
technique puissante dans les transmissions numriques et
spcialement dans le
domaine de la navigation par satellites. Il sagit en fait de la
technique CDMA qui est
base sur ltalement de spectre et qui possde des proprits trs
importantes pour
lutter contre le bruit et les interfrences grce aux
caractristiques des codes allous
cette technique.
Dans les chapitres suivants, on va tudier les codes afin de
dterminer les
critres permettant de choisir les codes les plus performants
pour cette technologie
et en particulier pour les applications de la navigation
GNSS.
-
CHAPITRE II Ltalement de spectre par squence directe
31
II.6 Bibliographie
[15] Marvin K. Simon, J. K. (2002). SPREAD SPECTRUM
COMMUNICATIONS
HANDBOOK. New York : McGraw-Hill, Inc.Electronic Edition.
[16] Scholtz, R. A. (May 1982). The origins of spread spectrum
communications. IEEE
Trans., vol. 30, pp. 90-92.
[17] Sass, P. F. (July 1983). Why is the army interested in
spread spectrum? IEEE
Communications Magazine, vol. 21, pp. 23-25.
[18] McGillem, G. R. (1986). Modern communications and spread
spectrum. Inc., USA:
McGrawHill.
[19] Jabbari, E. H. (September 1998). Spreading codes for direct
sequence CDMA and
wideband CDMA cellular networks. IEEE Communications
Magazine.
[20] Proakis, J. G. (1999). Digital communications, Third
edition. New York, USA: Mc
Graw-Hill.
[21] R. L. Pickoltz, D. L. (May 1982). Theory of
spread-spectrum. IEEE Trans. on
Communications.
[22] Ziemer, R. E. (1985). Digital Communications and Spread
Spectum Systems. New
York, NY.: MacMillan.
[23] Garg, V. K. (2007). WIRELESS COMMUNICATIONS AND
NETWORKING.
Amsterdam Boston Heidelberg: Morgan Kaufmann ELSEVIER.
[24] Turin, G. L. (March 1980). Introduction to spread-spectrum
antimultipath
techniques and their application to urban digital radio.
Proceeding of the IEEE, vol.
68, pp. 328-354.
[25] Popovic, B. M. (June 1999). Spreading sequences for
multicarrier cdma systems.
IEEE Trans. on Communications, vol. 47 pp. 918-926.
[26] Viterbi, A. (1979.). Principles of Digital Communication
and Coding. McGrawHill
-
III. Chapitre III
Etude comparative des diffrents codes dEtalement. Applications
ltude de linter-corrlation et du temps
dacquisition dans les Systmes GPS/Galileo.
Chapitre III Les codes de ltalement
et leurs performances
Plan du chapitre
1 Introduction
2. Les squences binaires pseudo-alatoires
2.1. Gnration dune squence pseudo-alatoire
2.2. Proprits statistiques
3. Les Squences Pseudo Alatoires PN (Pseudo Noise)
4. Les codes de Gold
5. Les codes de Kasami
6. Les codes de Walsh-Hadamard
7. Les codes OVSF
8. Les codes de Golay
9. Les codes de Barker
10. Codes de Weil et les Squences de Legendre
11. Les codes mmoires
12 Conclusion
Rsum
Les codes sont les acteurs principaux dans les systmes CDMA
pour
ltalement de spectre. Cependant, les codes dtalement dans les
systmes de
navigation ont un autre objectif essentiel qui est la
synchronisation entre les
diffrents satellites et les rcepteurs afin doffrir une meilleure
prcision dans
la localisation. Cette prcision dpend directement du type de
code utilis et
de ces performances en termes de corrlation. Dans ce chapitre on
va tudier
les diffrents types de codes dtalement en se basant sur les
mthodes
arithmtiques de gnration que leurs niveaux de corrlation.
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
33
III.1 Introduction
Dans les applications des tlcommunications modernes et
spcialement
pour les applications de la navigation GNSS, le nombre infini
dapplications exige une
recherche de codes plus longs et plus efficaces. Actuellement,
les codes jouent un rle
exceptionnel dans les systmes de navigation GNSS comme GPS et
Galileo.
Ces codes sont des squences binaires qui doivent tre aussi longs
et aussi alatoires
que possibles. C'est dire ils doivent apparatre comme un bruit
pour certains
rcepteurs et dterministes pour dautre. Cette caractristique est
la plus importante
pour ltalement et le ds-talement qui dpend directement de la
qualit du code.
Pratiquement, les codes alatoires sont les meilleurs codes en
termes de
performances et doptimisation. Mais ce type de codes a un temps
dexcution
relativement long. Le plus important cest que les codes doivent
tres
reproductibles ; autrement dit, le rcepteur devrait tre capable
de rgnrer les
codes dsirs pour dtecter les satellites et synchroniser ces
codes avec les codes
reus mais en temps rel. C'est la raison pour laquelle les
squences pseudo-alatoire
sont le choix le plus favorable.
Alors comment peut-on choisir ces codes et comment juger si un
code est meilleur ou
non ? Pour rpondre { cette question, on va dabord tudier les
diffrents types de
codes et voir leurs caractristiques.
Comme nous avons dj prcis, pour la plupart des codes, ce sont
uniquement les
codes alatoires qui ncessitent une mmoire pour le stockage de
toutes les
squences. Nous avons besoin d'un gnrateur de squences
pseudo-alatoires et
dun algorithme qui produit des squences qui ne sont pas vraiment
alatoires, mais
priodiques avec des priodes trs longues. Sur la notion pseudo
alatoire des codes,
John Von Neumann (1951) a mmorablement nonc, Anyone who
considers
arithmetical methods of producing random digits is, of course,
in a state of sin.
Donc, nimporte quelle squence gnre par une arithmtique nest pas
une
squence alatoire.
Dans la section suivante on va citer les arithmtiques de
gnration de quelques
types de codes dtalement ainsi que leurs caractristiques en
termes de corrlation.
Les squences binaires pseudo-alatoires
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
34
Une squence pseudo-alatoire est une suite dvnements cre de
faon
dterministe mais qui apparait alatoire tout observateur non
averti (deux
vnements successifs ne sont pratiquement pas corrls). Les
squences pseudo
alatoires prsentent lavantage dtre centres [27] et de possder un
spectre riche.
Les plus utilises sont les squences binaires pseudo alatoires
(SBPA) appeles aussi
PN (Pseudo Noise) ou m-squences pour (maximum length sequences
MLS-), mais
on peut concevoir dautres types comme les squences ternaires
pseudo-alatoires et
les squences pseudo alatoire base de registre dcalage non
linaire.
III.1.1 Gnration dune squence pseudo-alatoire
Pour gnrer une SBPA, on utilise les registres dcalage linaire
(Figure - III-1)
boucls par un OU-exclusif ( ).
Pour un ensemble fix de valeurs des paramtres * +, * + la
squence
construite est priodique de longueur maximale car
implique une sortie constamment binaire. Pour tudier les
proprits de ces
squences, on dfinit leur polynme caractristique. Daprs le
fonctionnement des
registres dcalage, on a :
( ) * + ( )
O R reprsente loprateur de dcalage. Ce qui peut scrire, en
tenant compte de :
( )
En dfinissant le polynme caractristique par :
( )
( )
27 (Willett, April 1976)
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
35
Figure - III-1 : Gnration d'une SBPA { base dun registre {
dcalage linaire LFSR.
La relation ( ) . La langueur de la squence est fixe par le
choix des , et
elle est maximale si le polynme ( ) dordre N est irrductible
[28], [29]. Des
exemples de tels polynmes pour N donn sont indiqus dans le
Tableau III-1:
N P(R) 3 1+R+R3
4 1+R+R4
5 1+R2+R5
6 1+R+R6
7 1+R3+R7
8 1+R2+R3+R4+R8
9 1+R4+R9
10 1+R3+R10
12 1+R+R4+R6+R12 14 1+R+R6+R10+R14 16 1+R+R3+R12+R16 18 1+R2+R18
20 1+R3+R20 22 1+R+R22 24 1+R+R2+R7+R24 26 1+R+R2+R6+R26 28
1+R3+R28 30 1+R+R2+R23+R30 32 1+R+R2+R22+R32
Tableau III-1 : Les polynmes irrductibles correspondant aux
diffrentes tailles du
registre gnrateur.
28 (McEliece, 1972)
29 (N. HADJ-SAID, 2009)
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
36
La SBPA est obtenue partir des valeurs binaires successives du
bit , sur lesquelles
on applique une modulation en bande de base NRZ par la
transformation :
{
( )
Sur une priode . On peut ainsi obtenir une SBPA continue
(analogique) en la
considrant constante sur , ( ) - (bloqueur) ou une SBPA
discrte
(chantillonne) en ne considrant que les instant (Figure -
III-2).
Figure - III-2 : Signal binaire pseudo-alatoire. (a)
reprsentation continue, (b)
reprsentation discrte.
III.1.2 Proprits statistiques
Une squence de priode contient et . A partir de cette
remarque, on peut calculer, sur une priode, des estimations [30]
des fonctions de
corrlations de ces signaux :
a. Cas discret :
- La moyenne :
* +
( )
( )
- La fonction dautocorrlation :
( )
( ) ( )
( )
30 (N. E. Bekir, 1978)
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
37
( ) ( )
de on a couples ( ( ) ( )) tel que les couples
soient de mme signe, on obtient donc :
( )
( )
b. Cas continu
- La moyenne :
* +
( )
( )
- La fonction dautocorrlation :
( )
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
Si | | :
Supposons, dans un premier temps . Soient deux intervalles de
temps
conscutifs et . Sil ny a pas de changement de signe de entre et
alors :
( ) ( ) ( )
Et sil y a un changement de signe, alors :
( ) ( ) (
) ( )
Pour une squence de longueur , avec un changement supplmentaire
de signe, on
obtient :
( )
(
( )
(
) ( )
On applique ce raisonnement pour , on obtient finalement :
( ) (
| |
) ( )
Si | | :
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
38
De on a intervalles , ( ) -, il y a un nombre pair de
changement de signe entre ( ) ( ) ( , ( ) - , on a alors :
( ) ( ) ( )( )
On obtient ainsi pour toute valeur de | | :
( )
( )
Les fonctions de corrlations obtenues sont reprsentes par la
(Figure - III-3).
Dans le cas o est petit et suffisamment grand, ces fonctions de
corrlations
peuvent tre assimiles des impulsions de Dirac :
Figure - III-3 : Les fonctions de corrlations (a) continue, (b)
discrte.
Continu :
( )
( )
( ) ( )
Discret :
( )
( )
Ce qui permet dassimiler les squences binaires pseudo-alatoires
un bruit blanc
presque centr.
(a) (b)
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
39
III.2 Les squences pseudo alatoires PN (Pseudo Noise) :
Les codes PN sont une classe de squence binaire pseudo alatoires
avec de bonnes
proprits de la corrlation priodiques. Ces codes sont appels
aussi les codes
longueur maximale (m-squences). Les proprits des m-squences sont
rcapitules
dans les articles [31], [32].
Des registres dcalage linaire binaire (LFSR) [33] de n tages
sont dcrits par des
polynmes dordre n, produisent une squence binaire priodique de
priode N, qui
correspond aux polynmes primitifs caractristique, o N = 2n - 1.
La reprsentation
binaire pour le registre qui correspond au polynme :
( )
( )
Le vecteur binaire ( ) avec une taille de , o
qui reprsente les deux prises de connexion qui correspondent au
rebouclage du nme
tage et 1er tage. Pour sil y a une prise de connexion vers
ladditionneur
modulo 2 alors ,si non . La squence de la sortie satisfait la
relation de
rcurrence pour chaque :
( )
O cest laddition modulo 2. Le chargement initial de registre est
spcifi par le
mot binaire .
La figure suivante prsente un schma dun gnrateur de code PN {
laide dun
registre LFSR de 7 tages.
Figure III-4 - Schma d'un gnrateur de code PN (7 3 0).
La Figure III-4 montre un gnrateur de SBPA avec trois prises de
slection de
rtroaction. N'importe quel gnrateur de ce type est dcrit par un
polynme primitif
31 (D. V. Sarwate, 1980)
32 (Fredricsson, 1975)
33 (Sloane, December 1976)
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
40
qui dpend de ces raccordements. Le nombre de m-squence qui
existe pour une
longueur de registre donne se dveloppe trs rapidement, mais cest
extrmement
difficile de trouver les squences optimales. Le Tableau III-2
prsente le nombre des
m-squences et leurs tailles en fonction du nombre dtages du
registre (de 13 17).
Taille du registre LFSR
N
Taille de la squence
N=2n-1 Nombre des squences
13 8191 630
14 16383 756
15 32767 1800
17 131071 7710
Tableau III-2 - La taille et le nombre des squences en fonction
de la taille du registre
gnrateur.
Puisque les squences gnres par ce type de gnrateurs sont
priodiques et font
un cycle pour chaque valeur binaire possible, le registre peut
tre initialis
n'importe quel tats, sauf le vecteur nul, qui s'appelle le
vecteur d'initialisation
bloqueur.
Les proprits des squences longueur maximale.
Les proprits des m-squences ont t formules par S. Golomb [34]
dans son article
Shift Register Sequences . Celles-ci incluent :
Proprit d'quilibre. Le nombre des bits 1 du code est gal au
nombre des
bits 0 ou plus grand dun seul bit.
Proprit de la gnration. Le vecteur de linitialisation permet de
gnrer
plusieurs squences en utilisant le mme registre dcalage avec la
mme
configuration.
Proprit de corrlation. L'autocorrlation et linter-corrlation du
m-
squence est priodique.
Les squences de longueur maximale peuvent tre modlises par
la
transformation de Hadamard.
La proprit la plus importante des codes PN cest la fonction
dautocorrlation
(FAC).
Une FAC dune squence de code PN de taille est :
( ) {
34 (Scholtz, 1978)
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
41
Pour le cas de la fonction dinter corrlation entre deux squences
x et y, elle prend 3
valeurs :
{
( ( ( )))
( ( ))
Les figures Figure III-5, Figure III-6 reprsentent
respectivement la FAC et la FIC dun
code PN avec une taille de .
Les deux squences utilises ont la configuration suivante :
Paramtres Polynme caractristique Etat initial du registre
Squence 01 [7 6 0] [0 0 0 0 0 0 1]
Squence 02 [7 3 0] [0 0 0 0 0 0 1]
Tableau III-3 - La configuration de la gnration des deux
squences PN (N=127).
Figure III-5 - La fonction d'auto corrlation du code PN
(N=127).
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
42
Figure III-6 - La fonction d'inter corrlation entre deux codes
PN (N=127).
Les valeurs de la FAC et de la FIC sont indiques dans le Tableau
III-4 :
Niveaux FAC, FIC PN (N=127)
Max Min
FAC 127 -1 FIC 15 -17
Tableau III-4 - Les maximums de FAC et FIC pour les codes de PN
(N=127).
III.3 Les codes de Gold
Actuellement, les codes de Gold sont la famille de codes la plus
populaire dans le
monde de la navigation par satellites. Les codes de Gold sont
nomms du nom de leur
fondateur Robert Gold, qui les a prsents dans deux articles
[35], [36]. Une famille
de code de Gold est base sur le produit de XOR de deux squences
de PN de
longueurs identiques avec une fonction dinter corrlation qui
prend trois valeurs
possibles :
( ) {
( ) ( )
Avec ( ) ( ( )) , o n reprsente le nombre dtages des registres
{
dcalages. Les codes de Gold de priode existent pour tous les
nombres
35 (Gold, October 1967)
36 (Gold, Jan 1968 )
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
43
entiers positifs n. Chaque classe des codes de Gold de priode
se
compose de toutes les squences qui peuvent tre produites par un
registre
dcalage linaire particulier qui a tages rpartis sur deux
registres. Chaque
registre correspond une classe particulire de polynme primitif
de degr n. Le
polynme qui produit les squences de Gold peut tre crit comme
produit d'une
paire prfre [37] de polynmes primitifs de mme ordre n, o la
multiplication et
l'addition de coefficient sont effectues par l'arithmtique
modulo 2.
Figure III-7 - Un gnrateur de code de Gold 2n=20 tages.
La figure III-7, est un exemple de gnrateur de codes de Gold
constitu de 2 registres
10 tages modliss par une paire prfr de polynmes :
( ) ( )
Deux configurations sont utilises pour linitialisation des deux
registres et une phase
de (1,1).
Avec cette arithmtique d'une paire prfre de polynmes, un premier
code de Gold
est produit, le jeu de phases de XOR permet de gnrer plusieurs
squences avec le
mme gnrateur et la mme configuration. Pratiquement la taille
globale de la
famille de code est limite mais elle possde une bonne fonction
dinter corrlation
dans le cas o aucun dcalage en frquence de Doppler n'est
considr.
Les deux figures (Figure III-8 etFigure III-9) prsentent la
fonction dautocorrlation
et de linter corrlation dun code de Gold avec n=10 ;
La fonction analytique de lauto corrlation est donne par la
relation suivante.
37 (Chu, 1972)
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
44
( ) {
( ( ( )))
( ( ))
Figure III-8 - La fonction d'autocorrlation d'un code de Gold
avec n=10.
Figure III-9 - La fonction d'inter corrlation de deux squences
de Gold avec n=10.
Avec ce modle de gnrateur de codes de Gold on peut gnrer des
squences
binaires priodiques de taille et de priode . Ce type de codes
est
caractris par de bonnes fonctions dauto et dinter corrlation. Le
tableau suivant
indique les maximums et les minimums de linter corrlation pour
cette
configuration.
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
45
Niveaux de FIC Gold (n=10)
Max (dB) Min (dB)
Mode cohrent -11.9696 -30.0988 Mode non cohrent -11.9696
-12.1054
Tableau III-5 - Les maximums de l'inter corrlation pour les
codes de Gold n=10.
III.4 Les codes de Kasami
Si ( ) est un polynme primitif de degr n, et ( ) un polynme
primitif bien
choisi ([28], [31]) de degr , alors le produit ( ) ( ) ( )
permet de
gnrer un ensemble de squences de priode avec une corrlation
priodique ( )
Nous rfrons un tel ensemble de squences par la classe Small
Kasami [38],
puisqu'il y a galement plusieurs classes des squences qui ont t
dcouvertes par
Kasami (voient [39] pour plus de rsultat de Kasami).
Par exemple, pour , on peut multiplier le polynme ( )
du et le polynme ( ) pour obtenir le polynme ( )
. Un registre dcalage linaire de 12
tages correspondant ce polynme produit un ensemble de 16
squences de
priode 255 avec une limite de corrlation priodique de 17.
Si on pose un nombre pair et une squence PN de priode gnre
par ( ), alors on peut considrer la squence , ( )- , -.
Daprs
les relations de Kasami, toutes les squences ont une forme de
(
) et donc chaque squence y de priode
gnre par h(x) appartient ( ) dfini par :
( ) { } ( )
O reprsente l'addition modulo 2 du vecteur et une version dcale
de
Cette formule indique que le nombre des squences du Small-Kasami
est
certainement trs limit d la rptition du vecteur et .
Le maximum de linter-corrlation de ce type de code est compris
entre les trois
valeurs [40] de lquation III.22, cette proprit se comporte comme
une
caractristique pour des codes optimiss.
38 (Kasami, 1969)
39 (Fredricsson, 1975)
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
46
( ) {
( )
Limplmentation des codes de Small set Kasami est plus complique
puisque le
processus de la gnration utilise la dcimation dune squence par
lui-mme ce qui
exige des horloges plus rapides. La solution pour rduire cette
complexit est de
produire une nouvelle classe des codes de Kasami qui sappelle
Kasami Larg set, cette
dernire est gnre la base des codes de Gold :
( )
Avec et tant une paire prfre des m-ordres et tant la version
dcime d'un
des deux m-squences. La fonction dinter-corrlation de ce type de
codes comporte
cinq valeurs :
( ) {
( )
( )
O est le nombre de prises de rtroaction du registre et indiquent
les deux
codes qui produisent la squence de Larg Kasami.
La figure suivante prsente un exemple de la FAC dun code de type
Kasami Small set
avec n=8 ( );
Le nombre des squences gnres par cette configuration est de 15
squences, les
trois niveaux de linter-corrlation pour ces codes sont :
( ) {
( )
Comme montre la Figure III-10, la FAC dun code de type Kasami
est un pic centr
avec une dure de 2 bits et avec un niveau maximal de . Le reste
des
niveaux sont des niveaux qui varient entre (15,-1 et -17) en
fonction de la valeur de ,
cest le mme cas pour la FIC sauf que pour ce cas, il ny a que
les trois niveaux (15,-1
et -17) cause de labsence du pic de corrlation puisque les deux
squences de
linter corrlation sont diffrentes comme montr dans la Figure
III-11.
40 (Godfrey, 1966)
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
47
Figure III-10 - La fonction d'autocorrlation du code Kasami pour
n=8.
Figure III-11 - La fonction d'inter corrlation de deux codes de
Kasami pour n=8.
Le tableau suivant prsente les maximums et les minimums de
linter corrlation
pour deux types de rception cohrente et non cohrente.
Niveau de FIC
Kasami (8 4 3 2 1) Max (dB) Min (dB)
Mode cohrent -11.7609 -24.0654
Mode non cohrent -11.7609 -12.3045
Tableau III-6 - Les maximums de l'inter corrlation pour les
codes de Kasami n=8.
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
48
III.5 Les codes de Walsh-Hadamard
Un autre type de codes dtalement avec une meilleure proprit
dinter corrlation
sont les codes de Walsh Hadamard. Dans les prochaines sections,
on va tudier les
proprits de corrlation des codes de Walsh-Hadamard et galement
leurs
performances.
Pour ce type de codes les codes de Walsh-Hadamard acquis par la
matrice de
Walsh-Hadamard [41] ( ), seulement codes sont orthogonaux pour
toutes
les phases possibles.
III.5.1 Les proprits des codes de Walsh-Hadamard
Les codes de Walsh-Hadamard sont des codes orthogonaux [42]
utiliss comme des
codes dtalement dans les systmes CDMA, pour obtenir cette
proprit
dorthogonalit, il faut bien choisir ces codes { partir des
ranges ou des colonnes
dune matrice de Hadamard.
Une matrice de Hadamard est une matrice carrs de ( ) dans les
lments
prennent les valeurs * +.
Pour gnrer une grande matrice de Hadamard, on utilise le
processus de Walsh-
Hadamard, on fait une rptition de la matrice de dpart H(0)
jusqu' atteindre la
taille de ( ) :
( ) [ ( ) ( )
( ) ( )] ( )
Voici quelques proprits de la matrice de Hadamard :
1. Toutes les vectrices lignes ou colonnes de la matrice de
Hadamard sont
orthogonaux, si :
( ) ( ) ( )
Donc, X et Y sont deux colonnes ou lignes spares de la matrice
de Hadamard. Alors,
la corrlation entre ces deux vecteurs est nulle :
( ) ( )
41 (Beer, May 1981)
42 (Beauchamp, 1984)
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
49
Lquation prcdente est un cas particulier de la fonction de la
corrlation
discrte qui est dfinie par:
( ) ( )
Alors, on peut dduire que linter corrlation de toutes les
squences possibles de la
matrice de Hadamard et pour une phase est toujours gale 0.
2. Pour le cas o , on a :
( )
Vu la dfinition de la FAC en ( 31), la fonction d'autocorrlation
phase nulle de
chaque range ou colonne d'une matrice de Hadamard est :
( )
( )
Considrant cette proprit, tous les codes de Walsh-Hadamard ont
une mme
nergie [43].
3. La matrice transpose de la matrice de Hadamard
O :
( ) {
Par consquent, les lments de la diagonale de la matrice Z sont
la fonction
d'autocorrlation des diffrentes ranges et colonnes de la matrice
H pour une phase
0, les autres lments de la matrice Z sont la FIC des ranges ou
colonnes spares de
la matrice H pour une phase 0.
4. Proprits de la corrlation des codes de Walsh-Hadamard
Comme on a vu, lune des proprits des codes de Walsh-Hadamard est
la valeur nulle
des FICs. La Figure III-12 montre cette proprit pour une matrice
de
Hadamard ( ). D'ailleurs, la Figure III-12 montre les FICs de
tous les codes de
Walsh avec une longueur de 64 bits. On voit que dans toutes les
situations, la valeur
de la FIC est nulle pour le cas :
43 (Abouei, 2006)
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
50
( )
(( )
.
Figure III-12 La FIC entre les 64 lignes de la matrice H
(64x64).
Le problme de ce type de code est les faibles performances en
termes de la FAC, les
niveaux maximaux du lobe latral sont trs levs. La Figure III-13
reprsente la
fonction dautocorrlation pour index=64 de la matrice
H(64,64).
Figure III-13 La FAC linaire pour index 64 du code Walsh
Hadamard H(64x64).
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
51
Les niveaux maximums et minimums du lobe latral de la FAC sont
rsums dans le
tableau :
Niveau de FAC
H(64,64)
Corrlation linaire Corrlation circulaire
Max (dB) Min (dB) Max (dB) Min (dB)
Mode cohrent -3.0103 -3.0103 -3.0103 -3.0103
Mode non cohrent -2.0412 -18.0618 -3.0103 -12.0412
Tableau III-7 - Les maximums de l'autocorrlation pour les codes
de Walsh-
Hadamard H(64,64).
III.6 Les codes OVSF :
La transmission multiple spectre tal comporte deux oprations. La
premire est
une opration de synchronisation (canalisation), qui transforme
chaque symbole de
donnes en un certain nombre de morceaux (chip). Le nombre des
chips par symbole
de donnes est appel le facteur de ltalement. Les codes
Orthogonal Variables
Spreading Factor sont utiliss comme codes de synchronisation
pour assurer
l'orthogonalit entre les diffrents canaux de liaison montante et
descendante. La
deuxime est une opration de brouillage, o un code de brouillage
est appliqu un
signal dtalement. Les codes de Gold ou les squences pseudo
alatoires avec une
inter-corrlation limite sont utiliss en tant que codes de
brouillage pour prserver
l'aspect alatoire entre deux utilisateurs diffrents.
Dans les systmes CDMA, la gnration des codes OVSF [44] ce fait
par des
assembleurs qui contiennent des circuits numriques base de
bascules et de portes
logiques est un codeur de plusieurs coefficients qui sont
produits par la matrice
suivante :
[
( )( )
( )( )
( )( ) ]
( )
: Reprsente ltiquette du code et qui est cod par la table de
Gray (Tableau 1).
: Lordre du code dans les diffrents niveaux de larbre
gnrateur.
44 (K. Okawa, 1998)
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances
52
L'arbre gnrateur des codes entiers d'OVSF est produit en
stockant les o n est
lindex le plus grand de i pour chaque niveau qui est dfini par
son facteur
dtalement FE tell que est la nouvelle taille de la squence
fille. L'arbre des
codes d'OVSF qui prservent l'orthogonalit [45] entre les
diffrentes squences filles
est montre dans la Figure III-14.
Figure III-14 - l'arbre gnrateur de code OVSF pour un facteur
FE= 8.
Dans la Figure III-14, les codes OVSF sont indexs par ( ) o FE
est le facteur de
ltalement et i le numro du code dans chaque niveau avec K
possibilit, avec la
condition . Chaque niveau de larbre dfini une squence de code
de
taille FE. Par consquent, il y a squences de codes dtalement
avec la longueur de
au ime niveau, On a une matrice de la dimension avec N
ensembles
de codes binaires de (0,1) avec une longueur N pour chaque
niveau.
( ) . Alors, la matrice gnratrice peut tre produite partir
de la matrice prcdente selon la relation ci-dessus :
[
( )
( )
( )
( )
( ) ( )]
[
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( ) ]
( )
tant donn que ( ) est le complment binaire, par consquent, deux
codes
quelconques de la mme couche dans l'arbre gnrateur sont
orthogonaux. En outre,
45 (T. Minn, 2000)
-
CHAPITRE III Les codes de ltalement et leurs performances