Etude et modélisation d’une liaison de données pour micro drone en environnement à trajets multiples.
Stage Effectué au SCN de Supaéro
Fabien MULOT
Responsables de Stage : Vincent CALMETTES – Joël LEMORTON
Année Scolaire : 2003-2004
Remerciements :
Je remercie l’ONERA, en la personne de Laurent Castanet et Joël Lemorton ainsi que Supaéro en la personne Michel Bousquet mon directeur de stage pour m'avoir donné l'occasion d’effectuer ce stage de fin de mastère.
Merci également à Vincent Calmettes, mon maître de stage. Merci pour sa disponibilité et ses conseils tout au long de ces six mois.
Je tiens enfin à remercier Youssef Alaoui stagiaire Tésa et Yoann Chevalier chercheur Tésa pour leur relecture attentive et leurs suggestions sur mon rapport.
Résumé :
Le contexte de ce travail est l’étude d’une transmission de données vidéo, codées JPEG, dans un environnement semi urbain. Le signal émis dans la bande Industrielle Scientifique et Médicale ISM à 2.4 GHz est altéré par des phénomènes de trajets multiples et de masquages.
Pour l’ONERA, le travail a consisté à développer, sous Simulink, un outil permettant de tester différents schémas d’émetteur/récepteur numérique résistant aux trajets multiples. Pour SUPAERO le travail s’inscrit dans le contexte plus particulier des Trophées Micro Drone. Il s’agit de proposer et de simuler des schémas de transmission résistant aux multitrajets en vue de durcir une transmission de données haut débit issues d’une charge utile vidéo pour micro drone [Bur, 03].
Ce travail propose dans un premier temps un modèle de canal de propagation tenant compte des trajets multiples et des masquages. Vient ensuite l’étude de schémas de transmission (codage, modulation, récepteur numérique) résistant aux multitrajets. Enfin, une implantation sous Simulink des schémas retenus est présentée. Les modèles développés sont ensuite intégrés dans une compilation de modèles Simulink plus génériques, pour l’ONERA.
Sommaire
Remerciements : 2
Résumé : 3
I.Plan de projet 10
I.1. Présentation des différents acteurs 10
I.1.1. Le D.E.M.R de l’ONERA 10
I.1.1.1. Missions du département 10
I.1.1.2. Activités 10
I.1.1.3. Environnement 10
I.1.1.4. Coopérations 10
I.1.1.5. Réussites 11
I.1.1.6. Projets majeurs 11
11
I.1.1.7. Moyens 12
I.1.1.8. Ressources humaines 12
I.1.2. Le SCN de SUPAERO 13
I.1.2.1. Le LEP 13
I.1.2.2 Le SCN 13
I.2. La mission 14
I.3. Contexte des compétitions micro drones 14
I.3.1. Objectifs 14
I.3.2. Description des épreuves. 14
I.3.2.1. Vol d’avancement avec transmission d’image. 14
I.3.2.2. Vol stationnaire indoor. 15
I.3.2.3. Vol autonome. 15
I.3.3. Réglementions sur les puissances d’émission. 16
I.4. Charge utile vidéo développée en 2002-2003. 16
I.5. Cahier des charges de l’étude 2004 16
I.6. Plan de travail 17
II.Caractéristiques du flux vidéo à transmettre. 18
II.1. Description de la charge utile vidéo 18
II.2. Taux de compression envisagés 18
III.Caractéristiques du canal de propagation 20
III.1. Contexte de la transmission 20
III.2. Modèle général du canal radiomobile 20
III . 3. Modélisation des masquages 21
III.4. Modèle de canal à trajets multiples 22
III.5. Statistiques d’évanouissement du second ordre 23
III.6. Modèles d’évanouissements de Rice et de Rayleigh 24
III.7. Caractéristiques du canal radiomobile à 2.4 GHz 25
III.7.1. Temps de cohérence 25
III.7.2. Bande de cohérence 26
III.7. 3. Comportement sélectif en fréquence du canal 26
III.8. Validité du modèle 28
III.9. Classification du canal 28
III.10. Bilan de liaison 29
IV.Stratégie de codage canal 29
IV.1. Entrelacement interne 30
IV.2. Code convolutif 30
IV.3. Poinçonnement 30
IV.4. Entrelaceur externe 30
IV.5. Code Reed Solomon 30
IV.6. Performances du schéma de codage canal. 30
V.Modulation QPSK et Egalisation 31
V.1. Modèle bande de base 31
V.2. Filtre de mise en forme. 32
V.3. Stratégies d’égalisation 32
V.3.1. Algorithme LMS 32
V.3.2. MLSE utilisant l’ algorithme de Viterbi 33
V.4. Equilibre entre le débit et la complexité de l’algorithme de Viterbi. 33
VI.Schéma de transmission OFDM 34
VI.1. Théorie de l’OFDM 34
VI.2. Faiblesses de l’OFDM 34
VI.3. Egalisation pour l’OFDM 34
VI.4. Longueur du préfixe cyclique 36
VI.5. Architecture des trames transmises 36
VII.CDMA et Récepteur rake 38
VII.1. Théorie du CDMA 38
VII.1.1. Spreading et scrambling 38
VII.2. Architecture des trames de données et des trames pilotes 40
VII.3. Récepteur rake 40
VII.4. Architecture retenue. 41
VIII.Système dévaluation développé à partir de composants sur étagère. 43
VIII.1. Capteur d’image et compression JPEG 43
VIII.2. Schémas de transmission DSSS et OFDM. 43
VIII.3. Proposition d’un système d’évaluation. 44
IX. Guide d’utilisation des modèles Simulink développés. 45
IX.1. Contenu des modèles. 45
IX.2. Canal de transmission. 46
IX.3. Codage canal. 47
IX.3.1. Paramétrage du décodeur. 48
IX.4. QPSK et Egalisation 48
IX.5. OFDM 49
IX.5.1. Description 49
IX.5.2. Modification du nombre de porteuses d’un modèle. 51
IX.6. DSSS et rake 52
IX.6.1. Description 52
IX.6.2. Paramétrage de l'émetteur 53
IX.7. Bugs relevés 55
Annexes: 58
Profils standards fournis par le COST259 pour l’UMTS et Hiperlan: [3GPP,02] 58
Profils Puissances-Délais Pour évaluation de l’UMTS [SAUNDERS,99] 59
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