Le multiplexage spatial à 60 GH en environnement interne : critères de faisabilité et analyse de performance

RESUMÉ Le sujet de ce mémoire s'intéresse aux méthodes qui permettraient de faire du MIMO sur la bande de fréquences millimétriques des 57-64 GHz qui sera utilisée dans les prochaines normes WIFI et dans les futures générations de normes 5G pour le mobile. On traite ce sujet car la technologie MIMO telle qu'on la connaît depuis les années 2000 avec la norme WIFI 802.11n ne permet pas d'être utilisée sur la bande des 57-64 GHz dans les mêmes conditions. En effet, pour bénéficier des avantages du MIMO on doit auparavant effectuer certains traitements sur les signaux. Ce traitement qui est le plus souvent une décomposition en valeurs singulières consiste à pré-traiter les signaux qui seront envoyés à travers les différentes antennes à l'émission et à faire un post-traitement des signaux reçus par les différentes antennes de réception. Les normes WIFI fonctionnent actuellement sur deux bandes de fréquences : 2.4 GHz et 5.8 GHz. Elles effectuent ce traitement numériquement via des DSP programmés pour traiter les signaux avant qu'ils soient envoyés et après avoir été reçus. Cependant, comme tous systèmes numériques programmables, les DSP comme les FPGA sont limités en vitesse de part leur fréquence de fonctionnement. Or la largeur de bande offerte à 60 GHz est près de 70 (et 45) fois supérieure à celle offerte à 2.4 GHz (et à 5.8 GHz). Ce qui nécessite autant de puissance de calcul supplémentaire. Actuellement aucun DSP ou FPGA à faible coût pouvant être embarqué dans un périphérique WIFI grand public à 60 GHz n'existe pour faire le traitement MIMO. On montre qu'en utilisant des réseaux d'antennes planaires avec certaines configurations spatiales, on est capable sans effectuer de traitement complexe du signal, d'obtenir des canaux suffisamment indépendants pour transmettre plusieurs flux de données indépendants. Lorsque les réseaux d'antennes sont suffisamment éloignés, on arrive à atteindre les mêmes performances que celles du système MIMO équivalent utilisant la décomposition en valeurs singulières. De plus, l'ajout d'une technique de traitement du signal au récepteur appelé LMMSE permet de diminuer les contraintes spatiales et d'améliorer les performances sous certaines conditions. Les mesures de la réponse fréquentielle du canal pour un système MIMO utilisant des réseaux d'antennes planaires permettent de valider les hypothèses émises et de manière indirecte certains résultats obtenues par simulation.