5G DFT-s-OFDM : principe et fonctionnement détaillé

5G DFT-s-OFDM : principe et fonctionnement détaillé

Aujourd’hui on va voir en détail le fonctionnement de la technologie DFT-s-OFDM, un élément clé dans la transmission 5G. Cette technique combine les avantages de la modulation par multiplexage en fréquence orthogonale (OFDM) avec une transformation de Fourier discrète (DFT) pour améliorer l’efficacité et la robustesse des transmissions.

Qu’est-ce que la DFT-s-OFDM ?

DFT-s-OFDM, ou Discrete Fourier Transform-spread-Orthogonal Frequency Division Multiplexing, est une variante de l’OFDM. L’OFDM est largement utilisée dans les communications sans fil pour sa capacité à gérer efficacement les canaux multi-trajets et à transmettre de grandes quantités de données. Cependant, elle souffre d’une haute valeur de Peak-to-Average Power Ratio (PAPR), ce qui complique la conception des amplificateurs de puissance.

La DFT-s-OFDM réduit cette PAPR grâce à un pré-traitement par la transformation de Fourier discrète. En pratique, la DFT agit comme un « spreader » qui distribue les symboles modulés avant leur conversion en fréquence, ce qui donne un signal avec des propriétés temporelles et fréquentielles différentes de celles de l’OFDM classique.

Architecture et étapes du traitement

1. Source des symboles modulés : Les données binaires sont d’abord modulées selon un schéma numérique (QPSK, 16-QAM, etc.).
2. Application de la DFT : Ces symboles sont transformés via une DFT de taille N, ce qui « étale » les données dans le domaine fréquentiel.
3. Mapping sur les sous-porteuses : Le résultat de la DFT est ensuite mappé sur un sous-ensemble spécifique de sous-porteuses OFDM, généralement contiguës.
4. Application de la IFFT : Une transformation inverse de Fourier discrète (IFFT) convertit le signal fréquentiel en un signal temporel prêt à être transmis.
5. Ajout du préfixe cyclique : Un préfixe cyclique est inséré pour limiter l’interférence inter-symboles (ISI) causée par le canal multi-trajets.
6. Transmission : Le signal est amplifié et transmis par l’antenne.

Avantages techniques de la DFT-s-OFDM

• Réduction du PAPR : La DFT-s-OFDM produit un signal avec une amplitude moyenne plus stable, facilitant l’utilisation d’amplificateurs moins linéaires et plus efficaces énergétiquement.
• Robustesse aux canaux multi-trajets : Comme l’OFDM, elle permet une égalisation simple en fréquence grâce à la séparation orthogonale des sous-porteuses.
• Compatibilité avec les standards 5G : Utilisée notamment dans la liaison montante (uplink) de la 5G NR, elle répond aux exigences de latence et de débit.
• Flexibilité : Permet un choix dynamique du nombre de sous-porteuses et de la taille de la DFT selon les conditions du canal et les besoins du système.

Différences entre OFDM classique et DFT-s-OFDM

Considérations pratiques et performances

Dans les réseaux 5G, la DFT-s-OFDM est adoptée pour la liaison montante car elle permet aux terminaux mobiles de transmettre avec une puissance plus constante, ce qui prolonge la durée de vie de la batterie tout en maintenant une qualité de transmission élevée. Le pré-traitement DFT limite les pics de puissance, rendant les amplificateurs plus efficaces et moins coûteux.

Au niveau système, la taille de la DFT peut être ajustée pour gérer le compromis entre complexité et performance. Plus la taille est grande, plus la dispersion spectrale est fine, ce qui améliore la résistance au bruit et aux interférences. Cependant, cela augmente la charge de calcul et la latence.

Enfin, la DFT-s-OFDM facilite l’intégration avec les techniques de multiplexage dans la 5G NR, notamment la multiplexage spatial (MIMO) et le multiplexage de ressources, qui contribuent à des débits élevés et une faible latence.

Résumé

• DFT-s-OFDM est une version de l’OFDM avec un pré-traitement DFT pour réduire la PAPR.
• Utilisée surtout en uplink 5G pour améliorer la durée de vie des batteries et l’efficacité des amplificateurs.
• Permet une meilleure robustesse sur canaux multi-trajets tout en gardant une complexité modérée.
• Flexibilité dans le paramétrage permet d’adapter la technologie aux conditions radio et exigences système.

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