Qu’est-ce qu’un préfixe cyclique normal en 5G ?

Dans les systèmes de communication 5G, le préfixe cyclique normal (CP) est un composant essentiel utilisé dans la transmission de données sur les ondes. Il joue un rôle crucial en garantissant la communication fiable et efficace des informations entre l’émetteur (station de base ou tour de téléphonie cellulaire) et le récepteur (appareil utilisateur, tel qu’un smartphone ou une tablette). Dans cette explication détaillée, j’examinerai ce qu’est le préfixe cyclique normal dans la 5G, pourquoi il est important, comment il fonctionne et ses implications sur les performances des réseaux 5G.

Qu’est-ce que le préfixe cyclique ?

Avant de plonger spécifiquement dans le préfixe cyclique normal en 5G, il est important de comprendre ce qu’est un préfixe cyclique en général et pourquoi il est utilisé dans les systèmes de communication sans fil.

Un préfixe cyclique est un segment d’un signal transmis qui est ajouté au début de chaque symbole ou bloc de données avant son envoi par voie hertzienne. Ce préfixe est essentiellement une copie de la dernière partie du symbole ou du bloc et sert à deux fins principales :

Intervalle de garde : le préfixe cyclique crée un intervalle de garde entre des symboles ou des blocs de données consécutifs. Cet intervalle de garde contribue à atténuer les effets de l’évanouissement par trajets multiples, où les signaux peuvent se refléter sur les objets et emprunter plusieurs chemins pour atteindre le récepteur. Grâce à cet intervalle de garde, le récepteur peut distinguer différentes copies du même signal et réduire les interférences, facilitant ainsi la récupération des données originales.
Circularité : le préfixe cyclique garantit que le signal transmis est de nature circulaire, ce qui simplifie le traitement du côté du récepteur. Cette propriété de circularité permet une mise en œuvre efficace de la transformée de Fourier rapide (FFT) et simplifie les processus d’égalisation et de démodulation.

Préfixe cyclique normal en 5G :

Dans les systèmes de communication sans fil 5G, il existe deux types de préfixes cycliques : le préfixe cyclique normal (CP) et le préfixe cyclique étendu (CP-EXT). Concentrons-nous sur le préfixe cyclique normal dans cette explication.

Le préfixe cyclique normal, souvent désigné par CP-1, est le préfixe cyclique standard utilisé dans les systèmes 5G. Cela implique d’ajouter une durée fixe de préfixe cyclique à chaque symbole ou bloc de données transmis. La longueur du préfixe cyclique normal est généralement déterminée par la conception de la forme d’onde 5G et est spécifiée en termes d’échantillons ou de temps.

Le choix de la longueur du préfixe cyclique normal est un compromis entre plusieurs facteurs, notamment :

Étalement des délais multi-trajets : la durée du préfixe cyclique doit être suffisamment longue pour couvrir la plage attendue des retards causés par la propagation multi-trajets. L’étalement du retard par trajets multiples se produit lorsque les signaux empruntent des chemins différents avec des longueurs variables pour atteindre le récepteur. Un préfixe cyclique plus long peut s’adapter à ces délais et garantir une réception fiable.
Efficacité spectrale : même si un préfixe cyclique plus long peut améliorer la robustesse contre l’évanouissement par trajets multiples, il consomme également de précieuses ressources spectrales. Le préfixe cyclique occupe une bande passante qui pourrait autrement être utilisée pour transmettre des symboles de données. Il existe donc un compromis entre robustesse et efficacité spectrale.
Conditions du canal : le choix de la longueur du préfixe cyclique peut également dépendre des conditions spécifiques du canal dans un scénario de déploiement donné. Par exemple, dans des environnements présentant une propagation par trajets multiples importante, un préfixe cyclique plus long peut être préféré pour lutter contre l’évanouissement.
Latence : la longueur du préfixe cyclique peut avoir un impact sur la latence du système de communication. Des préfixes cycliques plus courts entraînent une latence plus faible, ce qui est crucial pour les applications nécessitant une communication en temps réel, telles que les véhicules autonomes ou l’automatisation industrielle.

En résumé, le préfixe cyclique normal en 5G est un segment du signal transmis qui fournit un intervalle de garde entre les symboles ou les blocs de données, contribuant ainsi à atténuer les effets de l’évanouissement par trajets multiples et à simplifier le traitement du signal au niveau du récepteur. Le choix de la longueur du préfixe cyclique est un paramètre de conception qui équilibre des facteurs tels que l’étalement du retard multitrajet, l’efficacité spectrale, les conditions du canal et la latence.

Fonctionnement du préfixe cyclique normal :

Pour comprendre comment fonctionne le préfixe cyclique normal dans la pratique, considérons un exemple simplifié de transmission 5G.

Supposons qu’une station de base 5G transmette des données au smartphone d’un utilisateur. Les données à transmettre sont divisées en symboles ou blocs de données. Chacun de ces symboles est traité et modulé pour la transmission. Avant la transmission, un préfixe cyclique normal est ajouté à chaque symbole.

Voici une explication étape par étape de son fonctionnement :

Traitement des symboles : les données à transmettre sont divisées en symboles, qui sont généralement représentés dans le domaine numérique.
Ajout de préfixe cyclique : pour chaque symbole, une partie de la fin de ce symbole est dupliquée et ajoutée au début, créant ainsi le préfixe cyclique. Cette partie ajoutée est une réplique de la dernière partie du symbole.
Transmission : les symboles, ainsi que leurs préfixes cycliques, sont transmis sur les ondes par la station de base. Ces signaux peuvent subir divers effets de propagation, notamment un évanouissement par trajets multiples.
Réception : Au niveau du smartphone (ou récepteur) de l’utilisateur, le signal reçu est traité pour récupérer les symboles transmis. Le préfixe cyclique est crucial dans cette étape.
- Utilisation de l’intervalle de garde : le préfixe cyclique sert d’intervalle de garde qui aide le récepteur à distinguer les différentes copies du même signal arrivant via différents chemins (propagation par trajets multiples). Cet intervalle de garde permet au récepteur d’atténuer les effets des interférences et des évanouissements provoqués par la propagation par trajets multiples.
- Circularité pour le traitement du signal : la propriété de circularité du préfixe cyclique simplifie le traitement du signal au niveau du récepteur. Il permet au récepteur d’effectuer efficacement des opérations telles que la transformée de Fourier rapide (FFT), essentielles à la démodulation et à l’égalisation.
Récupération de données : une fois que le récepteur a traité avec succès le signal reçu à l’aide du préfixe cyclique, il peut démoduler et décoder les symboles pour récupérer les données d’origine.

Implications sur les performances de la 5G :

L’utilisation du préfixe cyclique normal dans la 5G a plusieurs implications sur les performances des systèmes de communication 5G :

Robustesse contre l’évanouissement par trajets multiples : le préfixe cyclique normal améliore la robustesse de la communication 5G contre l’évanouissement par trajets multiples. En fournissant un intervalle de garde, il permet au récepteur de gérer efficacement les copies retardées du signal transmis, réduisant ainsi l’impact de l’évanouissement.
Efficacité spectrale : bien que le préfixe cyclique normal soit essentiel pour une communication robuste, il occupe une partie de la bande passante disponible. Par conséquent, le choix de la longueur du préfixe cyclique est un compromis de conception entre robustesse et efficacité spectrale. Les préfixes cycliques plus longs offrent une meilleure protection contre la décoloration, mais consomment plus de bande passante.
Considérations relatives à la faible latence : dans les scénarios où une faible latence est critique, comme les véhicules autonomes ou l’automatisation industrielle, la longueur du préfixe cyclique peut devoir être soigneusement optimisée. Des préfixes cycliques plus courts entraînent une latence plus faible, mais peuvent être moins efficaces pour lutter contre l’évanouissement.
Compatibilité : l’utilisation du préfixe cyclique normal est normalisée dans les spécifications 5G, garantissant la compatibilité et l’interopérabilité entre les différents appareils et réseaux 5G.

En conclusion, le préfixe cyclique normal dans la 5G est un composant essentiel du système de communication, fournissant un intervalle de garde et une circularité pour le traitement du signal. Il joue un rôle essentiel en garantissant une transmission de données fiable et efficace, notamment en présence d’évanouissements par trajets multiples. Le choix de la longueur du préfixe cyclique est un paramètre de conception qui prend en compte les compromis entre robustesse, efficacité spectrale et latence, en fonction du scénario de déploiement spécifique et des exigences de l’application.