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6 Chapitre 2. Antenne multi-capteurs en émissioncommunication sans fil est fortement dégradée par la présence des fadings profonds.Combattre le fading est donc une des priorités dans le but d’améliorer la qualité desliens de communication sans fil.Il est bien établi que l’utilisation d’une antenne multi-capteurs contribue à l’améliorationdes deux points faibles cités ci-dessus [29, 52, 38]. Quant au premier point,l’antenne multi-capteurs peut diriger l’émission du signal de façon à profiter davantagede la puissance d’émission au niveau du récepteur. Cela se fait par l’utilisation detechniques de formation de voie. Le fading, par contre, peut être mitigé en exploitantla diversité spatiale du canal, introduite par l’antenne multi-capteurs à la station debase (SB). Cela se fait par l’émission de copies décorrélées du signal de façon qu’ilsoit peu probable que toutes ces copies soient en fading profond en même temps.Ce chapitre présente les techniques de diversité de transmission et de formationde voie classiques, dans le but de mettre en évidence la dichotomie existant entreelles. À partir de cette observation, on propose un schéma de transmission basé surl’introduction d’un précodeur entre la technique de diversité de transmission et l’antennemulti-capteurs. Cela nous mène au concept de capteurs virtuels, introduit dansla section 2.6.La deuxième partie de ce chapitre traite le problème multi-utilisateurs. Dans cecas, il n’est pas connu des techniques de diversité de transmission multi-utilisateurs,étant donné que ces techniques sont toujours étudiées dans un contexte mono-utilisateurdans la littérature. Ainsi, on s’intéresse aux techniques de formation de voiemulti-utilisateurs et, plus particulièrement, à la technique DBPC et sa version simplifiée,originellement proposées pendant mes travaux de master [53]. Cependant, ladémonstration de la convergence de la version simplifiée (F-DBPC) présentée dansla section 2.7.7.2 est une contribution de ces travaux de thèse. Une autre contributionoriginale est l’extension du schéma de transmission basé sur le précodeur au casmulti-utilisateurs et l’introduction du concept de capteurs virtuels dans ce contexte.On aboutit alors naturellement à l’exploitation de la diversité dans le contexte multiutilisateurs.2.2 Diversité de transmission versus formation devoie en émissionL’utilisation d’une antenne multi-capteurs dans les systèmes de communicationmobile apporte à la fois du gain de diversité et du gain d’antenne [2, 3]. Cependant,les techniques existantes exploitent les deux gains de façon mutuellement exclusive enutilisant soit des stratégies de diversité de transmission soit des stratégies de formationde voie en émission. Les hypothèses de base des deux stratégies sont déjà contradictoires.Pour que l’antenne soit utilisée dans un schéma de diversité, on considère queles canaux vus par les capteurs sont décorrélés entre eux. Par contre, pour exploiterle gain d’antenne provenant de la formation de voie, on considère que les canaux vuspar les capteurs présentent une certaine corrélation.
2.3. Stratégies de diversité de transmission (DT) 7Or, dans la pratique, le canal physique entre la station de base (SB) et le mobilen’est jamais complètement corrélé ou complètement décorrélé. La corrélation dépendfortement de l’environnement radio-mobile et de la géométrie de l’antenne. Une façond’influencer cette corrélation est de construire l’antenne multi-capteurs de façon àavoir une grande probabilité que les canaux soient corrélés ou décorrélés [44]. Onpeut donc faire la différence entre l’antenne à diversité et l’antenne à formation devoie. De façon générale, pour une antenne multi-capteurs linéaire à la SB, l’antenneà formation de voie utilise des capteurs proches – distance entre capteurs d ≤ λ c /2,où λ c est la longueur d’onde de la porteuse – tandis que l’antenne à diversité utilisedes capteurs éloignés – distance entre capteurs d ≫ λ c /2 et normalement d > 10λ c .Une autre différence entre ces techniques d’émission est que la formation de voieen émission nécessite des informations sur le canal descendant alors que la diversitéde transmission peut être réalisée sans aucune information, de façon aveugle, ou avecdes informations sur le canal descendant.2.3 Stratégies de diversité de transmission (DT)Les techniques de diversité de transmission ont pour but de combattre les fadingsprofonds. L’idée de base est d’exploiter la décorrélation du canal en émettant descopies du même signal, qui subiront des atténuations décorrélées. Il est très peuprobable que toutes ces copies subissent un fading profond au même instant. Decette façon, la probabilité que le signal en réception ait subi un fading profond esténormément réduite et, quand c’est le cas, la durée du fading est aussi réduite. De plus,on a intérêt à faire en sorte que les copies véhiculées par des chemins décorrélés ducanal soient elles-mêmes décorrélées. Ainsi, le récepteur peut combiner ces différentescopies et sommer les différents chemins en puissance, profitant ainsi au mieux de lapuissance émise à tous les instants.Les différents chemins du canal sont représentés par les différents modes décorréléspar lesquels on peut émettre et leur nombre est appelé ordre de diversité du canal.Les différents modes décorrélés peuvent être différenciés pas leurs caractéristiques spatiales(direction d’arrivés) ou temporelles (différents retards) ou encore fréquentielles(différentes atténuations). On peut donc avoir décorrélation dans le domaine temporel,auquel cas cela s’appelle diversité temporelle. De façon équivalente, on peuts’intéresser à cette décorrélation dans le domaine fréquentiel, appelée diversité fréquentielle.Par contre, l’utilisation d’une antenne multi-capteurs introduit un nouveaudomaine de traitement et, par conséquent, une nouvelle diversité exploitant ledomaine spatial, appelée diversité spatiale. La diversité spatiale est un ajout très importantaux systèmes radio-mobiles puisqu’elle permet d’avoir un ordre de diversitéglobale supérieur à un même dans le cas des canaux plat en fréquence et invariantdans le temps.Dans le contexte des techniques de diversité spatiale en émission, on utilise untraitement avant l’émission par l’antenne multi-capteurs dans le but d’obtenir un
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2.3. Stratégies de diversité de transmission (DT) 7Or, dans la pratique, le canal physique entre la station de base (SB) et le mobilen’est jamais complètement corrélé ou complètement décorrélé. La corrélation dépendfortement de l’environnement radio-mobile et de la géométrie de l’antenne. Une façond’influencer cette corrélation est de construire l’antenne multi-capteurs de façon àavoir une grande probabilité que les canaux soient corrélés ou décorrélés [44]. Onpeut donc faire la différence entre l’antenne à diversité et l’antenne à formation devoie. De façon générale, pour une antenne multi-capteurs linéaire à la SB, l’antenneà formation de voie utilise des capteurs proches – distance entre capteurs d ≤ λ c /2,où λ c est la longueur d’onde de la porteuse – tandis que l’antenne à diversité utilisedes capteurs éloignés – distance entre capteurs d ≫ λ c /2 et normalement d > 10λ c .Une autre différence entre ces techniques d’émission est que la formation de voieen émission nécessite des informations sur le canal descendant alors que la diversitéde transmission peut être réalisée sans aucune information, de façon aveugle, ou avecdes informations sur le canal descendant.2.3 Stratégies de diversité de transmission (DT)Les techniques de diversité de transmission ont pour but de combattre les fadingspr<strong>of</strong>onds. L’idée de base est d’exploiter la décorrélation du canal en émettant descopies du même signal, qui subiront des atténuations décorrélées. Il est très peuprobable que toutes ces copies subissent un fading pr<strong>of</strong>ond au même instant. Decette façon, la probabilité que le signal en réception ait subi un fading pr<strong>of</strong>ond esténormément réduite et, quand c’est le cas, la durée du fading est aussi réduite. De plus,on a intérêt à faire en sorte que les copies véhiculées par des chemins décorrélés ducanal soient elles-mêmes décorrélées. Ainsi, le récepteur peut combiner ces différentescopies et sommer les différents chemins en puissance, pr<strong>of</strong>itant ainsi au mieux de lapuissance émise à tous les instants.Les différents chemins du canal sont représentés par les différents modes décorréléspar lesquels on peut émettre et leur nombre est appelé ordre de diversité du canal.Les différents modes décorrélés peuvent être différenciés pas leurs caractéristiques spatiales(direction d’arrivés) ou temporelles (différents retards) ou encore fréquentielles(différentes atténuations). On peut donc avoir décorrélation dans le domaine temporel,auquel cas cela s’appelle diversité temporelle. De façon équivalente, on peuts’intéresser à cette décorrélation dans le domaine fréquentiel, appelée diversité fréquentielle.Par contre, l’utilisation d’une antenne multi-capteurs introduit un nouveaudomaine de traitement et, par conséquent, une nouvelle diversité exploitant ledomaine spatial, appelée diversité spatiale. La diversité spatiale est un ajout très importantaux systèmes radio-mobiles puisqu’elle permet d’avoir un ordre de diversitéglobale supérieur à un même dans le cas des canaux plat en fréquence et invariantdans le temps.Dans le contexte des techniques de diversité spatiale en émission, on utilise untraitement avant l’émission par l’antenne multi-capteurs dans le but d’obtenir un