Étude des performances de modulations multi-porteuses dans le contexte de la 4G

Abstract

Les applications actuelles de communication sans fil et mobile exigent des débits de transmission élevés ainsi qu’une grande fiabilité. Dans ce contexte, le SC-FDMA (Single-Carrier Frequency Division Multiple Access) s’impose comme une solution pertinente pour répondre à ces exigences. Bien que l’OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) soit largement utilisé comme technique de modulation, ses limites, notamment dans les scénarios liés à la 5G, incitent à explorer des alternatives. Le SC-FDMA, basé sur un accès multiple en répartition fréquentielle, permet une gestion efficace des ressources entre plusieurs utilisateurs. Il se distingue particulièrement par son faible facteur de crête (PAPR) et sa bonne tolérance aux décalages de fréquence (CFO), ce qui en fait une option attrayante pour les systèmes sans fil. Ces caractéristiques permettent à l’amplificateur de puissance de fonctionner plus près de sa zone de compression sans introduire de distorsions, ce qui améliore son rendement énergétique. En raison de ces avantages, le SC-FDMA a été adopté dans la norme 3GPP LTE pour la liaison montante (uplink) en tant que technique d’accès multiple privilégiée. Ce mémoire est structuré en quatre chapitres principaux. Le premier chapitre présente une vue d'ensemble des réseaux 4G-LTE, en retraçant leur évolution depuis la 1G jusqu'à la 5G, et détaille l'architecture, les caractéristiques et les objectifs de la technologie LTE, notamment à travers l'utilisation du MIMO (Multiple Input Multiple Output). Le deuxième chapitre aborde la modulation OFDM et son extension, l'OFDMA, en expliquant leurs principes, leurs avantages et leurs limites dans un contexte de transmission multi-trajets. Le troisième chapitre se concentre sur la modulation SC-FDMA, une alternative à l'OFDM utilisée notamment dans la liaison montante des réseaux LTE, en analysant son principe, ses modes d'allocation de ressources et son impact sur la réduction du PAPR (Peak-to-Average Power Ratio). Enfin, le quatrième chapitre présente une étude comparative par simulation MATLAB des performances des systèmes OFDM et SC-FDMA en termes de BER (Bit Error Rate), de probabilité d'erreur et de PAPR pour différentes modulations (BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM).