IV) La transmission OTFS : une nouvelle approche.
L’OTFS est proposé pour surmonter les limitations de l’OFDM, particulièrement dans les scénarios de haute mobilité (trains, drones, …) et pour les futures applications 6G.
Principes fondamentaux
L’OTFS utilise le domaine retard-Doppler pour la transmission des données, offrant plusieurs avantages :
- Représentation plus naturelle du canal radio mobile
- Meilleure gestion de l’effet Doppler
- Exploitation de la diversité temps-fréquence
- Performance supérieure dans les canaux à forte mobilité
Fonctionnement
Le schéma de transmission de la chaîne OFTS (issu du site Matlab) est le suivant [7]
Figure 22 : Chaine de transmission OTFS [7]
- ISFFT/SFFT : transformation du domaine temps-fréquence depuis/vers le domaine retard-Doppler : le canal de propagation est défini par la matrice H, qui représente la dimension de temps et de fréquence.
- Pour une fréquence donnée, on regarde l’évolution du canal dans le temps.
- Pour un temps donné, on connait l’évolution du canal en fréquence.
Figure 23 : Passage du domaine temps/fréquence en delai/doppler [6]
La relation entre la représentation du canal en temps et en fréquence H(t,f) et celle du canal en délai-doppler H(τ,υ) s’obtient à partir de la transformée de Fourier sympletique bi-directionnelle SFT [6].
La transformée de Fourier inverse se calcule par :
Ainsi, le signal en sortie de la transformée inverse ISFFT s’écrit
2. Modulation des symboles dans le domaine retard-Doppler : on applique une transformée de Heisenberger
Le signal émis est transcrit dans le domaine temporel à partir de la transformation de Heisenberg (IFFT).
3.) Démodulation du signal.
Le signal reçu est transformé dans le domaine temps/fréquence par la transformation de Wiener (FFT).
4) Égalisation simplifiée grâce à la structure du canal dans le domaine retard-Doppler. Par la transformation SFFT, le signal est ramené dans le domaine retard/doppler. L’égalisation est réalisée par un filtre adapté.
Le schéma de modulation OTFS peut être réalisé par la transformation inverse de Zak :
Figure 24 : Utilisation de la transformée de Zak discrète [8]
Figure 25 : L’équivalence entre transformée inverse de Zak et l’OTFS [8]
Perspectives futures
L’OTFS est considérée comme une technologie clé pour :
- Les communications 6G
- Les réseaux à ultra-haute fiabilité
- Les systèmes de communication quantique
- L’Internet des objets à haute mobilité
L’OTFS est particulièrement adaptée pour :
- Communications véhiculaires (V2X)
- Communications par satellite
- Drones et systèmes aériens
- Applications militaires nécessitant une haute fiabilité
Conclusion
L’OTFS représente une évolution significative par rapport à l’OFDM, offrant des solutions aux limitations actuelles des systèmes de communication sans fil. Bien que des défis d’implémentation persistent, cette technologie est prometteuse pour l’avenir des télécommunications, particulièrement dans les scénarios de haute mobilité et les applications nécessitant une grande fiabilité.
Perspectives : canaux de communications orthogonaux
Le signal est transmis autour de la fréquence porteuse via une onde EM.
La technologie OAM (Orbital Angular Momentum) présente plusieurs avantages significatifs,
- Multiplication de la capacité spectrale : L’OAM permet d’encoder l’information sur différents modes orbitaux (niveaux OAM), créant ainsi des canaux de communication orthogonaux qui peuvent coexister dans la même bande de fréquence sans interférence.
- Utilisation efficace du spectre : dans un contexte où le spectre radioélectrique est une ressource limitée et précieuse, l’OAM offre une nouvelle dimension pour la transmission de données.
- Débits théoriques très élevés : les systèmes basés sur l’OAM peuvent potentiellement atteindre des débits de l’ordre du térabit par seconde dans des conditions optimales.
- Applications en communications optiques et radio : L’OAM peut être appliqué tant aux ondes lumineuses (fibre optique) qu’aux ondes radio, offrant une flexibilité d’implémentation.
- Sécurité améliorée : les communications basées sur l’OAM peuvent offrir un niveau supplémentaire de sécurité, car l’interception nécessite des équipements capables de détecter et de démoduler les modes orbitaux spécifiques.
- Potentiel pour les communications quantiques : L’OAM est étudié pour son application dans les communications quantiques et la cryptographie.
Cependant, il est important de noter que cette technologie présente encore des défis techniques, notamment la sensibilité aux perturbations atmosphériques pour les transmissions en espace libre et la complexité des systèmes d’émission/réception nécessaires.
Pour aller plus loin
[1] https://dspillustrations.com/pages/posts/misc/the-dirac-comb-and-its-fourier-transform.html
[2] An improved method to detect coherence time in wireless communications channels based on auto-correlation functions, November 2022, Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing14(4) :1-17, DOI :10.1007/s12652-022-04470-z
[3] Modulation multiporteuses : https://easytp.cnam.fr/leruyet/Cours/presentation_ofdm.pdf
[4] Channel Impulse Response – An overview ELSEVIER
[5] Yi Hong, Tharaj Thaj, Emanuele Viterbo, « Delay Doppler Communications : Principle et Applications » – 1st Edition – February 11, 2022, ISBN : 9780323850285
[6] Elena Cordero, Gianluca Giacchi, Symplectic analysis of time-frequency spaces, Journal de Mathématiques Pures et Appliquées, Volume 177, 2023, Pages 154-177, ISSN 0021-7824, https://doi.org/10.1016/j.matpur.2023.06.011. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021782423000855)
[7] Matlab : https://fr.mathworks.com/help/comm/ug/otfs-modulation.html
[8] Overview of the Orthogonal Time-Frequency Space for High Mobility Communication Systems
[9] Vidéo Viavi : https://video.viavisolutions.com/fr-fr/detail/videos/toutes-les-videos/video/1800375304576736059/d%C3%A9mo-d%E2%80%99otfs-espace-temps-fr%C3%A9quence-orthogonal?autoStart=true