ITU-R S 1878 FRENCH-2010 Multi-carrier based transmission techniques for satellite systems《卫星系统用基于多载波的传输技术》.pdf

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1、 Recommandation UIT-R S.1878(12/2010)Techniques de transmission multiporteuses pour les systmes satellitesSrie SService fixe par satelliteii Rec. UIT-R S.1878 Avant-propos Le rle du Secteur des radiocommunications est dassurer lutilisation rationnelle, quitable, efficace et conomique du spectre radi

2、olectrique par tous les services de radiocommunication, y compris les services par satellite, et de procder des tudes pour toutes les gammes de frquences, partir desquelles les Recommandations seront labores et adoptes. Les fonctions rglementaires et politiques du Secteur des radiocommunications son

3、t remplies par les Confrences mondiales et rgionales des radiocommunications et par les Assembles des radiocommunications assistes par les Commissions dtudes. Politique en matire de droits de proprit intellectuelle (IPR) La politique de lUIT-R en matire de droits de proprit intellectuelle est dcrite

4、 dans la Politique commune de lUIT-T, lUIT-R, lISO et la CEI en matire de brevets, dont il est question dans lAnnexe 1 de la Rsolution UIT-R 1. Les formulaires que les titulaires de brevets doivent utiliser pour soumettre les dclarations de brevet et doctroi de licence sont accessibles ladresse http

5、:/www.itu.int/ITU-R/go/patents/fr, o lon trouvera galement les Lignes directrices pour la mise en oeuvre de la politique commune en matire de brevets de lUIT-T, lUIT-R, lISO et la CEI et la base de donnes en matire de brevets de lUIT-R. Sries des Recommandations UIT-R (Egalement disponible en ligne:

6、 http:/www.itu.int/publ/R-REC/fr) Sries Titre BO Diffusion par satellite BR Enregistrement pour la production, larchivage et la diffusion; films pour la tlvision BS Service de radiodiffusion sonore BT Service de radiodiffusion tlvisuelle F Service fixe M Services mobile, de radioreprage et damateur

7、y compris les services par satellite associs P Propagation des ondes radiolectriques RA Radio astronomie RS Systmes de tldtection S Service fixe par satellite SA Applications spatiales et mtorologie SF Partage des frquences et coordination entre les systmes du service fixe par satellite et du servic

8、e fixe SM Gestion du spectre SNG Reportage dactualits par satellite TF Emissions de frquences talon et de signaux horaires V Vocabulaire et sujets associs Note: Cette Recommandation UIT-R a t approuve en anglais aux termes de la procdure dtaille dans la Rsolution UIT-R 1. Publication lectronique Gen

9、ve, 2011 UIT 2011 Tous droits rservs. Aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite, par quelque procd que ce soit, sans laccord crit pralable de lUIT. Rec. UIT-R S.1878 1 RECOMMANDATION UIT-R S.1878 Techniques de transmission multiporteuses pour les systmes satellites (Questions UIT-R 4

10、6-3/4 et UIT-R 73-2/4) (2010) Champ dapplication Dans loptique dune utilisation efficace des ressources du spectre et de services de donnes haut dbit, les techniques de transmission multiporteuses sont juges comme des technologies prometteuses pour la fourniture des services de radiocommunication de

11、 demain. La prsente Recommandation donne un aperu des techniques de transmission multiporteuses sur des liaisons par satellite ainsi que de brves indications concernant lutilisation de laccs multiple par rpartition en code multiporteuse (MC-CDMA) et du multiplexage par rpartition orthogonale de la f

12、rquence avec interfromtrie sur les porteuses (CI-OFDM) pour les systmes de radiocommunication par satellite. LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que les satellites du service fixe par satellite (SFS) et du service mobile par satellite (SMS) sont utiliss simultanment par de nombr

13、euses stations terriennes situes en diffrents emplacements; b) que lon a adopt ou que lon envisage dadopter des modes daccs multiple multiporteuse comme laccs multiple par rpartition en frquence avec multiplexage par rpartition orthogonale de la frquence (OFDM-FDMA ou OFDMA), laccs multiple par rpar

14、tition en code multiporteuse (MC-CDMA) et laccs multiple par rpartition temporelle multifrquences (MF-TDMA) dans de nombreux systmes de Terre et systmes satellites normaliss en vue dune mise en oeuvre future; c) que les systmes de type OFDM sont largement utiliss dans les rseaux de Terre car ils per

15、mettent dobtenir une bonne efficacit spectrale et nergtique dans les canaux slectifs en frquence, mais que le multiplexage OFDM se caractrise par un rapport puissance crte/puissance moyenne lev, ce qui pose un problme pour lamplificateur forte puissance (HPA) embarqu bord du satellite; d) quil est n

16、cessaire davoir une grande marge de manoeuvre, en particulier pour les transmissions par paquets sporadiques (cest-dire non continues et dbit variable) et les transmissions par paquets haut dbit; e) que, pour garantir lutilisation efficace du spectre des frquences et des orbites, il est peut-tre sou

17、haitable de dfinir les caractristiques optimales de laccs multiple; f) que les caractristiques de transmission des systmes daccs multiple, en particulier les systmes daccs multiple multiporteuses, peuvent tre importantes dans leur interaction les unes avec les autres, notant a) que la Recommandation

18、 UIT-R S.1709 spcifie laccs MF-TDMA comme format daccs au trafic entrant pour les systmes satellites large bande mondiaux; 2 Rec. UIT-R S.1878 b) que la Recommandation UIT-R BO.1130 indique que le multiplexage OFDM avec codage (COFDM) est une des techniques de transmission utilises pour les services

19、 de radiodiffusion sonore numrique par satellite destination de rcepteurs bord de vhicules, portables ou fixes, dans la bande de frquences 1 400-2 700 MHz; c) que le Rapport UIT-R S.2173 donne des informations gnrales concernant les transmissions multiporteuses sur des liaisons par satellite, notamm

20、ent les principes fondamentaux dexploitation, les scnarios dapplication et la qualit de fonctionnement de ces transmissions, analyss par simulation informatique, recommande 1 dutiliser lAnnexe 1 comme guide pour planifier lutilisation dun multiplexage CI-OFDM pour les systmes de radiocommunication p

21、ar satellite multiporteuses; 2 dutiliser lAnnexe 2 comme guide pour planifier lutilisation dun accs MC-CDMA pour les systmes de radiocommunication par satellite; 3 dutiliser les techniques en question, mme conjointement, sous rserve quil ny ait pas dincompatibilit majeure entre elles. Annexe 1 Systm

22、es de radiocommunication par satellite utilisant des transmissions CI-OFDM 1 Introduction La prsente Annexe dcrit un systme de radiocommunication par satellite qui utilise des transmissions CI-OFDM et analyse la qualit de fonctionnement de ce systme par rapport celle de systmes de radiocommunication

23、 par satellite utilisant des transmissions monoporteuses et des transmissions OFDM. 2 Modle de systme La technologie OFDM est une technologie multiporteuse qui est utilise pour surmonter le problme que reprsente la slectivit en frquence des systmes de radiocommunication de Terre. Cette technologie o

24、ffre galement dautres avantages dont un systme de radiocommunication par satellite pourrait tirer parti. Ils sont exposs au 5.2 du Rapport UIT-R S.2173. Cela tant, comme indiqu dans ce Rapport, la technologie OFDM se caractrise par un rapport puissance crte/puissance moyenne (PAPR) lev qui pose un p

25、roblme pour lamplificateur forte puissance (HPA) embarqu bord du satellite. La technologie CI-OFDM est une technologie dembrouillage des sous-porteuses qui peut tre mise en oeuvre pour un systme OFDM, condition de prvoir ct metteur et ct rcepteur du systme de radiocommunication un module FFT (transf

26、orme de Fourier rapide) supplmentaire afin de rduire le rapport PAPR des signaux OFDM. Les principes dexploitation dtaills de la technologie CI-OFDM sont bien dcrits au 6.3 du Rapport UIT-R S.2173. Rec. UIT-R S.1878 3 La Fig. 1 reprsente un systme satellites utilisant des transmissions CI-OFDM. La s

27、ource de donnes envoie des mots - messages sous forme vectorielle un codeur dont le dbit est fix par le contrleur de codage et de modulation adaptatif (ACM). Les donnes ainsi codes sont ensuite transmises un mappeur de symboles dont les signaux de sortie sont transmis un gnrateur de signaux multipor

28、teuses (MSG). Ce gnrateur se compose de deux blocs pour les besoins de la simulation: un gnrateur de signaux OFDM et un gnrateur de signaux CI-OFDM. Un seul bloc MSG est utilis pendant la simulation. Chaque bloc MSG gnre un symbole multiporteuse partir dun ensemble de N symboles, N reprsentant le no

29、mbre de sous-porteuses utilises pour la transmission. Les signaux de sortie du gnrateur MSG sont transmis un amplificateur HPA. Les signaux de sortie de lamplificateur HPA sont ensuite transmis changeur lvateur de frquence (U/C) de signaux analogiques qui cre un signal analogique partir des symboles

30、 numriques en bande de base la frquence porteuse souhaite et lenvoie via le canal au satellite. Dans le cas dun satellite de type bent-pipe, le signal reu est amplifi et retransmis. On utilise souvent un amplificateur tube ondes progressives (TWTA) pour les rpteurs de satellite et le systme satellit

31、es multiporteuses (MCSS) peut utiliser une prdistorsion des symboles pour linariser les signaux de sortie de lamplificateur TWTA. On notera que de nombreux satellites modernes sont maintenant fabriqus avec des amplificateurs TWTA linariss (L-TWTA) et quun prcodeur de symboles combin un amplificateur

32、 TWTA constitue fondamentalement un amplificateur L-TWTA. Le rcepteur reoit le signal analogique transmis qui est altr par le bruit et dautres dgradations et il lenvoie un chantillonneur de signaux ou un estimateur de canaux. Le signal reu est transmis lestimateur de canaux si des signaux pilote son

33、t transmis. Lestimateur de canaux estime le rapport porteuse/bruit (CNR) instantan dans le canal et slectionne une combinaison de modulation et de codage (MODCOD) approprie. La combinaison ainsi slectionne est ensuite retransmise un contrleur ACM ct metteur et elle est utilise pour dterminer la modu

34、lation et le codage appropris utiliser pour les oprations de dmodulation et de dcodage des chantillons reus. Lorsque le rcepteur reoit les donnes, les signaux sont transmis lchantillonneur de signaux qui cre un ensemble dchantillons, chantillonns la frquence de Nyquist, qui sont destins lunit de tra

35、itement multiporteuse (MPU). Lunit MPU se compose de deux modules pour la simulation: une unit de traitement OFDM et une unit de traitement CI-OFDM. Le rcepteur utilise le module MPU correspondant au module MSG utilis par lmetteur. Chaque unit MPU produit un ensemble de N chantillons de symboles par

36、tir dun chantillon de symboles multiporteuses. Les signaux de sortie de lunit MPU sont ensuite transmis un dmappeur de symboles. Ce dernier utilise les constellations moyennes reues de chaque modulation et les amplitudes des vecteurs derreur respectifs pour crer des estimations rigoureuses ou approx

37、imatives pour chaque bit transmis, lesquelles sont ensuite transmises au dcodeur. Le dcodeur prend ensuite une dcision concernant les donnes transmises et cette dcision est envoye au collecteur de donnes. 4 Rec. UIT-R S.1878 FIGURE 1 Schma fonctionnel dun systme MCSS utilisant des transmissions CI-O

38、FDM S.1878-01U/CHPAD/CLNASource dedonnesCodeurMappeur desym bolesGn. desig. OFDMGn. de sig.CI-OFDMContrleur ACMEchant.de signauxUnit. de trait.OFDMUnit. de trait.CI-OFDMDmappeurde signalEstimateurdu canalCollecteur dedonnesDcodeurTraitement du signalmultiporteuseDmodulateur ACMGnrateur de signauxmul

39、tiporteusesCodage et modulation adaptatifsCom binaison MODCODen provenance du rcepteurCombinaison MODCOD destination de lmetteurL-TW TAU/C: Changeur lvateur de frquenceH PA: Amplificateur forte puissanceL-TWTA: Amplificateur tube ondes progressives linarisLNA: Amplificateur faible bruitD/C: Changeur

40、 abaisseur de frquence3 Rsultats des simulations dans le cas dune modulation CI-OFDM dans un canal par satellite non linaire Les rsultats des simulations exposs dans le prsent paragraphe sont ceux obtenus avec le modle de systme dcrit au 2 de la prsente Annexe. La modulation ACM DVB-S21est utilise p

41、ar le modle de systme avec 100 itrations de dcodage de lalgorithme de propagation de croyance2. Les symboles en bande de base sont surchantillonns par un facteur de 4 afin dobtenir une reprsentation correcte du signal modul et 64 sous-porteuses sont utilises pour gnrer les symboles multiporteuses. L

42、amplificateur L-TWTA est celui dcrit au 10.3.1 du Rapport UIT-R S.2173. On suppose que lestimation des canaux et du bruit ainsi que le retour dinformation du rcepteur lmetteur sont exempts derreurs. La meilleure faon dvaluer les rsultats obtenus avec une technique daffaiblissement du rapport PAPR co

43、nsiste mesurer la dgradation totale (TD) du taux derreur sur les paquets (PER) entre un systme avec un amplificateur linaire idal3 appel, par la suite amplificateur idal et le systme ltude4, compte tenu de la dgradation imputable au recul dentre (IBO). Lquation mathmatique est la suivante: TD (dB) =

44、 CNRnonlinear (dB) - CNRlinear (dB) + IBO dB (1) 1Pour tout complment dinformation concernant la norme DVB-S2 se reporter au 9.2 du Rapport UIT-R S.2173. 2Pour tout complment t dinformation concernant lalgorithme de propagation de croyance, se reporter au 7.4.4 du Rapport UIT-R S.2173. 3A noter quun

45、 amplificateur linaire idal a une fonction de transfert linaire et na pas de point de saturation. Cela signifie que lamplificateur linaire idal nintroduit pas de bruit d lcrtage. 4Le systme ltude pourrait tre un systme SCSS avec un amplificateur non linaire ou un systme MCSS avec ou sans technique d

46、e rduction du taux PAPR. Rec. UIT-R S.1878 5 o CNRlinearet CNRnonlinearsont les rapports CNR requis pour obtenir un taux PER particulier, respectivement pour lamplificateur HPA linaire et lamplificateur HPA non linaire. Le Tableau 1 indique la dgradation totale qui est associe au passage dune modula

47、tion DVB-S2 diffrente dans lamplificateur L-TWTA, obtenue avec un taux PER de 103. A noter que pour comparer correctement le taux CNR de lamplificateur HPA linaire et le taux CNR du systme associ lamplificateur L-TWTA, le taux CNR quivalent est le suivant: CNReq(dB) = CNR (dB)+ IBOoptdB (2) Cette conversion doit tre effectue pour pouvoir comparer valablement les performances des deux systmes qui fonctionnent avec leur puissance de sortie maximale. Lamplificateur HPA linaire fonctionne toujours avec un recul IBO de 0 dB (saturation de lamplificateur HPA) alors q