Lorsque le calcul approche les limites physiques de la vitesse d’horloge, on se tourne vers les architectures multicœurs.Lorsque les communications approchent des limites physiques de la vitesse de transmission, nous nous tournons vers les systèmes multi-antennes.Quels sont les avantages qui ont conduit les scientifiques et les ingénieurs à choisir plusieurs antennes comme base pour la 5G et d’autres communications sans fil ?Alors que la diversité spatiale était la motivation initiale pour l'ajout d'antennes aux stations de base, on a découvert au milieu des années 1990 que l'installation de plusieurs antennes du côté Tx et/ou Rx ouvrait d'autres possibilités imprévisibles avec des systèmes à antenne unique.Décrivons maintenant trois techniques majeures dans ce contexte.
**Formation de faisceau**
Le Beamforming est la principale technologie sur laquelle repose la couche physique des réseaux cellulaires 5G.Il existe deux types différents de formation de faisceaux :
Formation de faisceau classique, également connue sous le nom de formation de ligne de visée (LoS) ou formation de faisceau physique
Formation de faisceaux généralisée, également connue sous le nom de formation de faisceaux sans ligne de visée (NLoS) ou formation de faisceaux virtuelle
L'idée derrière les deux types de formation de faisceaux est d'utiliser plusieurs antennes pour améliorer la force du signal vers un utilisateur particulier, tout en supprimant les signaux provenant de sources interférentes.Par analogie, les filtres numériques modifient le contenu du signal dans le domaine fréquentiel selon un processus appelé filtrage spectral.De la même manière, la formation de faisceaux modifie le contenu du signal dans le domaine spatial.C'est pourquoi on l'appelle également filtrage spatial.
La formation physique de faisceaux a une longue histoire dans les algorithmes de traitement du signal pour les systèmes sonar et radar.Il produit de véritables faisceaux dans l'espace pour l'émission ou la réception et est donc étroitement lié à l'angle d'arrivée (AoA) ou à l'angle de départ (AoD) du signal.De la même manière que l'OFDM crée des flux parallèles dans le domaine fréquentiel, la formation de faisceaux classique ou physique crée des faisceaux parallèles dans le domaine angulaire.
D'autre part, dans sa forme la plus simple, la formation de faisceaux généralisée ou virtuelle signifie transmettre (ou recevoir) les mêmes signaux de chaque antenne Tx (ou Rx) avec des pondérations de phase et de gain appropriées de telle sorte que la puissance du signal soit maximisée vers un utilisateur particulier.Contrairement au pilotage physique d'un faisceau dans une certaine direction, la transmission ou la réception se produit dans toutes les directions, mais la clé consiste à ajouter de manière constructive plusieurs copies du signal du côté réception pour atténuer les effets d'évanouissement par trajets multiples.
**Multiplexage spatial**
En mode multiplexage spatial, le flux de données d'entrée est divisé en plusieurs flux parallèles dans le domaine spatial, chaque flux étant ensuite transmis sur différentes chaînes Tx.Tant que les chemins de canaux arrivent sous des angles suffisamment différents au niveau des antennes Rx, avec presque aucune corrélation, les techniques de traitement du signal numérique (DSP) peuvent convertir un support sans fil en canaux parallèles indépendants.Ce mode MIMO a été le principal facteur d'augmentation de l'ordre de grandeur du débit de données des systèmes sans fil modernes, puisque des informations indépendantes sont transmises simultanément depuis plusieurs antennes sur la même bande passante.Des algorithmes de détection comme le forçage zéro (ZF) séparent les symboles de modulation des interférences des autres antennes.
Comme le montre la figure, dans WiFi MU-MIMO, plusieurs flux de données sont transmis simultanément vers plusieurs utilisateurs à partir de plusieurs antennes de transmission.
**Codage spatio-temporel**
Dans ce mode, des schémas de codage spéciaux sont utilisés dans le temps et sur les antennes par rapport aux systèmes à antenne unique, pour améliorer la diversité des signaux de réception sans aucune perte de débit de données au niveau du récepteur.Les codes spatio-temporels améliorent la diversité spatiale sans qu'il soit nécessaire d'estimer le canal au niveau de l'émetteur doté de plusieurs antennes.
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Heure de publication : 29 février 2024