La technologie MIMO
Réalisé par : Mathieu Rigotto & Mathieu Boyaud
Le 05.05.2006

SOMMAIRE :

1. Introduction
2. Quelques aspects techniques pour mieux comprendre le MIMO
3. Avantage du MIMO dans le réseau haut débit
4. Communication mobile
5. Conclusion

1 Introduction

Les télécommunications sans fil ont connu ces derniers temps de nombreux changements. A la téléphonie classique est venue s'ajouter de nombreux services comme Internet, la visio-conférence la visualisation de films, et bien d'autres. Ces services ont pu être disponibles sur nos mobiles grâce à une évolution de la technologie. Mais rapidement un problème de débit ou de portée s'est présenté. Qu’en est-il de l'avenir des technologies mobiles, que ce soit dans les télécommunications ou les réseaux hauts débits ?

Une nouvelle technique est apparue en 1984 grâce à M. Jack Winters, qui déposa un brevet pour les communications sans fil à base d’antennes multiples. Depuis cette découverte, ce système a été très utilisé dans plusieurs domaines. Nous le retrouvons notamment dans les systèmes radars, le WiFi ancienne génération, les stations de base pour le GSM (Global System for Mobile) et avec le MIMO (Multiple Input Multiple Output).

La technologie multi-antennes permet d'atteindre des buts différents suivant le domaine d'application. Cette technologie est présente dans les radars puisqu'elle permet, par exemple d’augmenter le gain ou la directivité d'antenne.

Dans les récentes évolutions des télécommunications, la technologie multi-antennes utilise la diversité spatiale. On trouvait déjà ce principe sur les systèmes WiFi ancienne génération ; dans ce cas l’ajout d’antennes au récepteur permettait, par exemple de réaliser une sélection d’antenne sur un critère de puissance afin de profiter de la transmission à plus fort rapport signal à bruit (SNR), et donc d’atteindre la modulation offrant le meilleur débit.

La diversité spatiale est maintenant pleinement utilisée dans le modulateur/démodulateur lui-même. A la différence du WiFi ancienne génération, le MIMO s’appuie sur la technologie multi-antennes. pour transmettre des informations différentes sur chaque antenne.

Afin de mieux comprendre la technologie MIMO, nous allons nous intéresser à son utilisation dans les réseaux haut débit en tentant d'en faire ressortir son intérêt dans l'avenir, puis nous nous placerons du coté des télécommunications mobiles et nous verrons ce que le MIMO pourra nous offrir dans le futur. Mais commençons d’abord par quelques aspects techniques pour mieux comprendre le fonctionnement du MIMO.

2 Quelques aspects techniques pour mieux comprendre le MIMO

2.1 La diversité spatiale

Les Wireless LAN, comme le WiFi, sont bien souvent utilisés dans des milieux couverts avec tous types d’obstacles engendrant de nombreuses réflexions. Ces différentes réflexions entraînent la création de plusieurs canaux de transmission, comme le montre de façon schématique l’image ci-dessous :

Ces différents canaux forment ce que l’on appelle la diversité spatiale. Dans la suite du document, afin de clarifier les schémas nous symboliserons un canal par une flèche comme ci-dessous :

Nous verrons un peu plus loin que le MIMO tire profit de ce constat en utilisant les canaux créés par les réflexions. Nous verrons un peu plus loin que le MIMO tire profit de ce constat en utilisant les canaux créés par les réflexions.

2.1 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

Pour bien comprendre comment fonctionne le MIMO et d’où il tire la plupart de ses avantages, nous allons décrire brièvement les deux principaux intérêts de la technologie OFDM qui est utilisée sous le MIMO pour le 802.11n, le 802.11 a et g, ainsi que dans d’autres technologies.

Le principe de l'OFDM consiste à diviser sur un grand nombre de porteuses le signal numérique que l'on veut transmettre. Pour que les fréquences des porteuses soient les plus proches possibles et ainsi transmettre le maximum d'informations sur une portion de fréquences données, l'OFDM utilise des porteuses orthogonales entre elles.

Ainsi dans un canal de transmission avec des chemins multiples où certaines fréquences seront détruites à cause de la combinaison destructive de chemins, le système sera tout de même capable de récupérer l'information perdue sur d'autres fréquences porteuses qui n'auront pas été détruites. Par exemple, dans le WiFi le spectre est de 20 Méga Hertz, 64 porteuses sont utilisées à l’intérieur de celui-ci.

Le second avantage de l’OFDM vient du fait que toutes les opérations sont faites dans le domaine fréquentiel. De ce fait, comme le montre le schéma ci-dessous, lorsqu’un signal OFDM est envoyé dans le canal, il est atténué et déphasé comme s’il passait dans un filtre. Au niveau du récepteur, le signal reçu est simplement le signal émis multiplié par un coefficient complexe. De cette façon, il est aisé de retrouver le signal envoyé. Cette technique est très utile pour le MIMO.