Cooperative MIMO relaying for Public Transport

Abderrazek Abdaoui

Marion Berbineau

INRETS – LESOT Villeneuve d'ascq le 14 Novembre 2007

Plan Introduction

Techniques coopératives : Motivation et état de l'art

Application transport : Relayage coopératif,

Introduction

La diversité de transmission nécessite plus qu'une antenne à l'émission,

Cependant, vue les problèmes liés à la taille, au coût et à la complexité

d'implémentation de l'émetteur en système MIMO classique cette diversité

est difficilement réalisable,

=>Solution: recours aux systèmes coopératifs :

. Antennes multiples virtuelles à l'émission

. Techniques de relayage, réseaux à trois noeuds.

. Possibilité d'extension vers un réseau coopératif.

Téchniques coopératis : Motivation et état de l'art

L'idée des réseaux de relais coopératifs a été introduite pour la première fois en 1971 par Van Der Meulen.

En 1979, Cover Tomas et El Gamal, ont présenté la théorie fondamentale du canal à relais

(capacité - ...) : Decode and Forword (DF) et estimate and Forword (EF) ont été introduit. Bornes

de la capacité ont été calculées.

Actuellement : Kramer 2005 et Host-Masen ont pu faire l'extension de études de capacité vers

les systèmes à antennes multiples MIMO.

Les travaux actuelles des systèmes coopératif portent sur :

- Estimation théorique de la capacité, sachant une configuration donnée,

- Taux d'erreur en fonction du type de modulation et de l'algorithme de détection

distribué,

- Probabilité de coupure

Téchniques coopératis : Motivation et état de l'art

Pourquoi les systèmes coopératifs:

Ils permettent une transmission en diversité comme en MIMO par l'intermédiaire

de noeuds équipés d'une seule antennes.

Transmission en diversité (solution pour les évanouissements), gain du codage

relais (réduit le TEB).

Dans les systèmes coopératifs les relais, permettent de monter les performances

et qualité de service du systèmes (TEB, probabilité de blocage, ... ) par

coopération.

Application transport : Relayage MIMO

Control center

Nutilisation pour la transmission haut débit de flux audio-vidéo entre un Bus et une Station de contrôle.

Solutions existantes et résultats :

• Chaine Wima (2x4 MIMO) pour liaisons point-à-point avec codec Alamouti,

• Traitement itératif.

Canaux réels

Canyon

Canyon with P

Suburban

Rayleigh

Rice K=0.9

Rice K=0.5

Dans un système coopératif, le relais peut assurer une des fonctions suivantes :

Amplifie et retransmet (AF),

Détecte (Décode) et retransmet (DF) ,

Compresse et retransmet (CF)

- (S) vers (R et D) est un mode Diffusion,

- (S) et (R) envoient vers (D) simultanément :accès multiple

Fonctions assurées par le relais

Scénarios préliminaires

Algorithme (AF) en MIMO: VMIMO

Algorithme (AF) en MIMO: VMIMO

Shéma MIMO- Alamouti 2x2 sans codage canal

• SNR0=3 dB Source - Destination

• SNR1 dans {-10-20dB}

• SNR2 dans {2,4,6,8 dB}

• Codeur Alamouti ST 2 x 2

• 2 BCU constellation

Relayage & Relayage coopératif

Simulations

• SER en fonction du SNR1 (source-relais)

• SNR0=cst, SER=2.1 10-2,

SNR0 3dB , SNR2=2dB SNR0 3dB , SNR2=4dB

Simulations

SNR0 3dB , SNR2=6dB SNR0 3dB , SNR2=8dB

• Pour SNR2 ~SNR0, Schéma coopératif est la plus performante

MRC: réception utilise les deux liaisons MIMO 2x2 provenant du relais et de la source

====> VMIMO (liaison équivalent obtenu : 2x4.

• Pour SNR2>>SNR0 et pour SNR1 élevé, MIMO coopératif sera moins performant

IntérprétationLe SER pour M-QAM est donné par :

a=4 1−1

M b=

2 M−13log2M

Le rapport signal à bruit à la réception (Relayage non coopératif ) :

VMIMO en environnement réel Canaux issus de mesures et canaux modélisés :

• Bus – Relais : Canyon Urbain,

• Bus – Base de contrôle : Canyon Urbain,

• Relais – Base de contrôle : Rice (paramètre K),

VMIMO en environnement réel

Résultats :

- Schéma relais non coopératif est très sensible a paramètre K du

canal de Rice,

- Schéma relais coopératif, peu sensible, résultat mérite plus de

rigueur pour l'interprétation.

VMIMO en environnement réel • Voie montante : Bus ---> Base de contrôle :

• Voie descendante Base de contrôle ---> Bus

(H1,n

1)

R (G)

D (Bus)S (Base)

(H2,n

2)

Phénomène d'amplification de l'erreur suite au canal de Rice en voie montante

VMIMO en environnement réel • Voie montante : Bus ---> Base de contrôle :

• Voie descendante Base de contrôle ---> Bus

(H1,n

1) (Canyon)

R (G)

D (Base)S (Bus)

(H2,n

2) (Rice)

Phénomène d'amplification de l'erreur suite au canal de Rice en voie montante

VMIMO en environnement réel

Conclusion

Le schéma coopératif et non coopératif ont été évalués par simulations (VMIMO)

L'allure du SER du Relayage MIMO a été justifié théoriquement,

Implémentation des canaux transport ont permis de montrer l'influence

du facteur de Rice sur les performances,