Systèmes d’antennes intelligentes de la 5ième génération de téléphonie mobile

Abstract

Le travail présenté dans ce mémoire concerne la formation de faisceau dans les systèmes d’antennes intelligentes utilisés dans les réseaux de communication sans fil de cinquième génération. Après un aperçu sur l’état de l'art de la téléphonie mobile et ses avancés jusqu’à la technologie de cinquième génération, les problèmes liés à la propagation multi trajets des ondes électromagnétiques dans un environnement réel sont montrés et les solutions apportées grâce à la diversité et la technologie MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) sont exposées. Ensuite, la technique des systèmes massive MIMO (MIMO à grande échelle) utilisant un grand nombre d’antennes intelligentes, appliquée dans la technologie 5G est présentée. La formation de faisceau est traitée en détail. Nous présentons d’abord les techniques fixes : faisceau obtenu par un alignement de sources équidistantes, d’égales amplitudes et de phase progressive et la synthèse par la méthode de Dolph Tchebychev pour régler le niveau des lobes secondaires. Ensuite la formation de faisceau utilisée dans les systèmes d’antennes intelligentes est abordée. L'approche la plus intéressante dans ce domaine, purement numérique, est l'antenne adaptative. Les algorithmes utilisés pour la mise à jour des poids des éléments du réseau s’adaptent en temps réel. Nous avons utilisé pour optimiser le faisceau, le critère qui permet de maximiser le rapport signal à interférence SIR. L’autre approche étudiée est à la base des systèmes à commutation de faisceau ; elle est analogique et utilise la matrice de Butler. A chaque fois des codes Matlab sont écrits et exécutés pour montrer la formation de faisceaux par les techniques décrites.

Mots clés : Téléphonie mobile, 5G, Antennes réseaux, Antennes intelligentes, Antennes adaptatives, Antennes à faisceau commuté, Formation de faisceau, Matrice de Butler.

Abstract: The work presented in this dissertation concerns beamforming in smart antenna systems used in fifth generation wireless communication networks. After an overview on the state of the art,of mobile telephony and its advances up to the fifth generation technology, the problems linked to the multipath propagation of electromagnetic waves in a real environment are shown and the solutions provided thanks to diversity and MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) technology are on display. Next, the technique of massive MIMO (large-scale MIMO) systems using a large number of smart antennas, applied in 5G technology is presented. Beamforming is discussed in detail. We first present the fixed techniques: beam obtained by an alignment of equidistant, equal amplitude and progressive phase sources and the synthesis by the method of Dolph Chebyshev to adjust the level of the sidelobes. Then the beamforming used in smart antenna systems is discussed. The most interesting approach in this area, purely digital, is the adaptive antenna. The algorithms used for updating the weights of network elements adapt in real time. We used to optimize the beam, the criterion that maximizes the signal to interference ratio SIR. The other approach studied is the basis of beam-switching systems; it is analog and uses the Butler matrix. Each time Matlab codes are written and executed to show the formation of beams by the techniques described.

Keywords: Mobile telephony, 5G, Network antennas, Smart antennas, Adaptive antennas, Switched beam antennas, Beam forming, Butler matrix. ملخص: يتعلق العمل المقدم في هذه الرسالة بتشكيل الحزم في أنظمة الهوائيات الذكية المستخدمة في شبكات الاتصالات اللاسلكية من الجيل الخامس. بعد نظرة عامة على أحدث ما توصلت إليه تقنية الهاتف المحمول وتطوراته حتى تكنولوجيا الجيل الخامس، يتم عرض المشكلات المتعلقة بالانتشار متعدد المسارات للموجات الكهرومغناطيسية في قناة حقيقية والحلول MIMOمتعدد- يتم عرض تقنية الإدخال والإخراج المتعدد. بعد ذلك، يتم تقديم تقنية أنظمة ( MIMO المقدمة بفضل التنوع و تمت مناقشة .G واسعة النطاق( التي تستخدم عددًا كبيرًا من الهوائيات الذكية المطبقة في تقنية 5 MIMO( الضخمة بالتفصيل. نقدم أولا التقنيات الثابتة: الشعاع الذي تم الحصول عليه من خلال محاذاة مسافات متساوية Beamforming لضبط مستوى الفصوص Dolph Chebyshev ومتساوية السعة ومصادر الطور التدريجي والتوليف بواسطة طريقة الجانبية. ثم تتم مناقشة تشكيل الحزمة المستخدمة في أنظمة الهوائيات الذكية. الطريقة الأكثر إثارة للاهتمام في هذا المجال، الرقمية البحتة، هي الهوائي التكيفي. تتكيف الخوارزميات المستخدمة لتحديث أوزان عناصر الشبكة في الوقت النهج الآخر المدروس هو .SIR الفعلي. اعتدنا على تحسين الحزمة، المعيار الذي يزيد من نسبة الإشارة إلى التداخل أساس أنظمة تبديل الحزمة؛ إنه تمثيلي ويستخدم مصفوفة بتلر. في كل مرة يتم كتابة وتنفيذ أكواد ماتلاب لإظهار تشكيل الحزم بالتقنيات الموضحة. الهوائيات الشبكية، الهوائيات الذكية، الهوائيات التكيفية، الهوائيات ذات ،G

الكلمات المفتاحية: الهواتف المحمولة، 5 الشعاع المحول، تشكيل الشعاع، مصفوفة بتلر