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Conception de Systèmes de Communication Sans Fil avec MATLAB et Radio Logicielle USRP

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Détails de la formation

Ce cours de deux jours montre comment concevoir et simuler des systèmes de communications numériques mono et multi-porteuses avec MATLAB®. Les systèmes de communication multi-antennes et turbo-codes sont introduits, différents types de dégradations sur les canaux et leur modélisation seront démontrées. Les composants des systèmes LTE et IEEE 802.11 seront utilisés comme exemples. Les participants construiront un système radio-in-the-loop en utilisant du matériel en temps réel (RTL-SDR et USRP®).

Le cours s'adresse aux ingénieurs système et aux ingénieurs RF qui nécessitent de se familiariser rapidement avec les techniques de communication modernes ainsi qu'avec le processus de développement d'une radio-in-the-loop.

Jour 1


Communication sur un canal non bruité

Objectif: Modélisation d'un système de communication idéal. Se familiariser avec les System Objects.

  • Théorème d'échantillonnage et repliement spectral
  • Simulations à bande base complexe vs réelle
  • Créer un flux de bits aléatoires
  • Les System Objects et leurs avantages
  • Modulation d'un flux de bits avec une constellation QPSK
  • Appliquer un filtre de mise en forme sur le signal transmis
  • Diagramme de l'oeil et analyse spectrale
  • Modélisation d'un récepteur QPSK pour un canal non bruité
  • Calcul du taux d'erreur

Canaux bruités, codage du canal et taux d'erreur

Objectif: Modélisation d'un canal AWGN. Utilisation des turbo-codes, LDPC, et codes convolutionnels pour réduire le taux d'erreur ; les codes correcteurs des systèmes DVB-S.2 et LTE sont utilisés comme exemples. Accélération de la simulation avec plusieurs processeurs.

  • Modélisation d'un canal AWGN
  • Codage et décodage d'un canal : codes convolutionnels, LDPC, et turbo codes
  • Décodage à l'aide du diagramme de Treillis et de l'algorithme de Viterbi
  • Utilisation de la Parallel Computing Toolbox pour accélérer les simulations Monte Carlo
  • Présentation de méthodes complémentaires pour l'accélération : GPUs, MATLAB Parallel Server™, Cloud Center

Erreurs de synchronisation et multi-trajets

Objectif: Modélisation du décalage fréquentiel, des erreurs de gigue d'horloge, et leur atténuation en utilisant des méthodes de synchronisation. Modélisation de l'atténuation plate, des canaux multivoies et de l'atténuation avec égaliseurs.

  • Modélisation du décalage en temps et en phase
  • Atténuation du décalage en fréquence avec un PLL
  • Atténuation de la gigue d'horloge en utilisant la synchronisation de Gardner
  • Modélisation de l'atténuation plate
  • Utilisation des séquences d'apprentissage pour l'estimation de canal
  • Modélisation de canaux à atténuation sélective en fréquence
  • Utilisation des égaliseurs de Viterbi pour des canaux invariants dans le temps et des égaliseurs LMS pour des canaux non stationnaires
  • Démonstration en temps réel de la démodulation d'un signal à porteuse simple en utilisant RTL-SDR

Jour 2


Systèmes de communication multi-porteuses pour des canaux multi-trajets

Objectif: Compréhension des systèmes de communication multi-porteuses et des canaux à sélection de fréquence. Modélisation d'un émetteur-récepteur avec préfixe cyclique et fenêtrage. Cet exemple utilise les valeurs des paramètres des systèmes IEEE 802.11ac et LTE.

  • Motivation pour les communications multi-porteuses
  • Introduction à Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
  • Génération de symboles OFDM avec la IFFT
  • Prévention des interférence inter-bloc avec un préfixe cyclique
  • Réduction des émissions hors bande avec le fenêtrage
  • Avantages et inconvénients du OFDM
  • Méthodes OFDM pour la reconstruction en temps et en fréquence
  • Estimation du canal avec symboles pilote
  • Egalisation dans le domaine fréquentiel

Utiliser plusieurs antennes pour améliorer robustesse et capacité

Objectif: Compréhension des différents systèmes de communication à antennes multiples. Modélisation de faisceaux, diversité et systèmes de multiplexage spatial. Construction d'un système MIMO-OFDM pour la communication en bande large. Les modes de fonctionnement MIMO des systèmes IEEE 802.11ac et LTE seront analysés.

  • Types de systèmes multi-antennes
  • Faisceaux de transmission et réception
  • Techniques de diversité pour le récepteur
  • Transmettre la diversité en utilisant des codes à blocs orthogonaux en espace et temps
  • Modèle de canal multi-entrées/multi-sorties (MIMO) à bande étroite
  • Estimation d'un canal MIMO
  • Multiplexage spatial en utilisant l'égalisation ZF et MMSE
  • Communications en bande large en utilisant un système MIMO-OFDM

Construction du système Radio-in-the-Loop

Objectif: Compréhension du processus de développement d'un système radio-in-the-loop. Utilisation des plateformes de développement RTL-SDRs et USRPs.

  • Vue d'ensemble du processus de développement d'une radio-in-the-loop
  • MathWorks communications hardware support (RTL-SDR, USRP, Zynq®-Based Radio)
  • Comparaisons des différents matériels
  • Modes de transmission et réception pour une radio-in-the-loop (single burst, looped, streamed)
  • Création d'un système de communication à antenne simple, multi-porteuses, en utilisant USRP
  • Démonstration d'un système 2x2 OFDM-MIMO en utilisant USRPs

Niveau: Intermédiaire

Pré-requis:

Durée: 2 jours

Langues: English

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