Le défi du haut débit sans fil vient de la rareté des ressources du spectre radio. Les organismes de réglementation du monde entier n’ont alloué qu’une quantité limitée de spectre à un usage commercial. La nécessité de s’adapter à un nombre toujours croissant d’utilisateurs et d’offres
Les applications riches en bande passante utilisant un spectre limité obligent le concepteur de systèmes à rechercher en permanence des solutions utilisant le spectre plus efficacement. Les considérations d’efficacité spectrale ont un impact sur de nombreux aspects de la conception de systèmes sans fil à large bande.
L’outil le plus fondamental utilisé pour obtenir une efficacité spectrale plus élevée à l’échelle du système est le concept d’architecture cellulaire, grâce auquel, au lieu d’utiliser un seul émetteur de grande puissance, il couvre une vaste zone géographique. , plusieurs émetteurs de faible puissance couvrant chacun une zone plus petite, appelée cellule, sont utilisés. Les cellules elles-mêmes sont souvent subdivisées en quelques secteurs grâce à l’utilisation d’antennes directives. Généralement, un petit groupe de cellules ou de secteurs forment un cluster, et le spectre de fréquences disponible est divisé entre les cellules ou les secteurs d’un cluster et alloué intelligemment pour minimiser les interférences les uns avec les autres.
Le modèle d’attribution de fréquences au sein d’un cluster est ensuite répété dans toute la zone de service souhaitée et est appelé réutilisation des fréquences. Pour une capacité et une efficacité spectrale supérieures, la réutilisation des fréquences doit être maximisée. Toutefois, une réutilisation croissante entraîne un risque d’interférence plus important. Par conséquent, pour faciliter une réutilisation plus stricte, le défi consiste à concevoir des systèmes de transmission et de réception capables de fonctionner dans des conditions de rapport signal/interférence plus bruit (SINR) plus faibles ou à mettre en œuvre des méthodes efficaces pour gérer les interférences.
Un moyen efficace de gérer les interférences consiste à utiliser le traitement à plusieurs antennes. Au-delà de l’utilisation de l’architecture cellulaire et de la maximisation de la réutilisation des fréquences, plusieurs autres techniques de traitement du signal peuvent être utilisées pour maximiser l’efficacité spectrale et donc la capacité du système. Beaucoup de ces techniques exploitent les informations des canaux pour maximiser la capacité.
Vérifions l’exemple.
Modulation et codage adaptatifs : L’idée est de faire varier le taux de modulation et de codage par utilisateur et/ou par paquet en fonction des conditions SINR en vigueur. . En utilisant le niveau de modulation et le taux de codage les plus élevés pouvant être pris en charge par le SINR, les débits de données utilisateur (et donc la capacité) peuvent être maximisés. La modulation et le codage adaptatifs font partie de la norme WiMAX.
Multiplexage spatial :
L’idée derrière le multiplexage spatial est que plusieurs flux indépendants peuvent être transmis en parallèle sur plusieurs antennes et peuvent être séparés au niveau du récepteur à l’aide de plusieurs chaînes de réception grâce à un traitement de signal approprié. Cela peut être fait à condition que les canaux multitrajets vus par les différentes antennes soient suffisamment décorrélés, comme ce serait le cas dans un environnement riche en diffusion.
Le multiplexage spatial fournit des gains de débit et de capacité proportionnels au nombre d’antennes utilisées. Cette technique et d’autres techniques multi-antennes sont couvertes dans une autre partie.
Techniques d’accès multiples efficaces : En plus de garantir que chaque utilisateur utilise le spectre aussi efficacement que possible, des méthodes efficaces doivent être conçues pour partager les ressources entre les multiples les utilisateurs de manière efficace. C’est le défi relevé au niveau de la couche MAC du système. Une plus grande efficacité dans l’utilisation du spectre peut être obtenue en associant les informations sur la qualité des canaux au processus d’allocation des ressources. Les techniques de la couche MAC sont abordées plus en détail dans une autre partie.
Il convient de souligner que la capacité et l’efficacité spectrale ne peuvent être dissociées de la nécessité de fournir une couverture adéquate. Si l’on se préoccupait uniquement d’une efficacité ou d’une capacité spectrale élevée, un moyen évident d’y parvenir serait de diminuer le rayon des cellules ou d’emballer davantage de stations de base par unité de surface.
De toute évidence, il s’agit d’un moyen coûteux d’améliorer la capacité. Il est donc important d’examiner l’efficacité spectrale de manière plus large pour inclure la notion de zone de couverture. Le grand défi pour la conception de systèmes sans fil à large bande est de trouver le bon équilibre entre capacité et couverture qui offre une bonne qualité et fiabilité à un coût raisonnable.