Adaptative modulation and coding
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Théorie de la technique AMC
Introduction
L'Adaptive Modulation and Coding (AMC) est une technique de modulation/codage de l'information adaptative utilisée notamment en WiMAX , en UMTS et depuis 2012 sur les faisceaux hertziens. Elle consiste à adapter les codes correcteurs et modulations utilisés en fonction de la qualité du signal.
Par exemple, si les modulations disponibles sont le QPSK et le 16-QAM, dans le cas où le canal est marqué comme bon, on utilisera la modulation 16-QAM, qui offre un meilleur débit mais une plus faible robustesse. Par contre, si le canal est marqué comme dégradé, on utilisera la modulation QPSK, plus robuste.
Dans les faisceaux hertziens cette technique est associée aux mécanismes de QOS (Quality of Service) d'Ethernet. Lorsque la transmission dans l'air se dégrade, la modulation bascule au niveau inférieur, au détriment de la bande passante. Les flux ethernet sont alors écrêtés en commençant par les flux les moins priritaires. En 2013, les technologies permettent des modulations de 1024 QAM à 16 QAM.
Mécanismes
La croissance des services pour les dispositifs sans fil a conduit à l’amélioration de l'efficacité spectrale pour des taux élevés d'informations. Dans les systèmes de
communication traditionnels, la transmission est conçue pour un scénario faisant face aux variations du canal, pour fournir un taux d'erreur au-dessous d'une limite spécifique. Des méthodes adaptatives de transmission, ont été élaborées pour rechercher une bonne qualité du canal par l'adaptation de son rendement, afin de tirer profit de sa variabilité dans le temps en ajustant le niveau de puissance transmis, le taux de symbole, la méthode de codage, la taille de la constellation, ou n'importe quelle combinaison de ces paramètres, pour optimiser l'efficacité spectrale moyenne du lien. Ceci se traduit par le nombre de bits d'information transmis par seconde par bande passante et par fréquence utilisées.
Comme la technique AMC représente un outil prometteur, pour augmenter l'efficacité spectrale des canaux sans fil variable dans le temps tout en maintenant un TEB prévisible , l'ordre de modulation ainsi que le FEC sont changés par ajustement de leur taux de codage sur les variations du canal de transmission. Dans le cas d'un évanouissement élevé par exemple, soit un SNR faible, la taille de la constellation du signal est réduite afin d'améliorer la fidélité donc une transmission plus robuste pour un SNR efficace. Réciproquement, en période d'évanouissement faible ou d'un gain élevé, la taille de la constellation du signal est augmentée afin de permettre d’importants débits de modulation avec une faible probabilité d'erreur, ce qui sanctionne instantanément le SNR.
Un exemple général d'utilisation de la méthode AMC est illustré dans la figure ci-après, traduisant le cas d’une augmentation de la gamme lorsque le système évolue vers le bas par une modulation inférieure. Or, au plus près de la station de base, des modulations d'ordre supérieures peuvent être employées pour un rendement accru.
Performance de la méthode AMC
Une bonne performance de la méthode AMC, passe par l'estimation précise du canal à la réception et un chemin fiable de rétroaction entre cet estimateur et l'émetteur sur lesquels la réception rapporte l'information de l'état de canal (CSI) à l'émetteur. Dans le but d'exécuter un traitement adéquat, les étapes suivantes doivent être opérées :
Estimation de la qualité du canal
L'émetteur exige une estimation des conditions prévues du canal pour le prochain intervalle de transmission. Le système adaptatif ne peut fonctionner efficacement dans un environnement avec les conditions relatives à une variation faible du canal, que si la connaissance n’est acquise que par la prévision des estimations précédentes de la qualité du canal. Par conséquent, tout retard entre l'estimation de la qualité de la transmission réelle par rapport à la fréquence maximale Doppler du canal devient crucial, pour compenser la faible performance du système si l'estimation du canal est antérieure à l'instant de la transmission.
Adaptation de paramètre
Le choix du mode approprié de la modulation et du codage à utiliser, lors d’une nouvelle transmission se fait au niveau de l'émetteur en s’appuyant sur la prévision des conditions du canal. Un seuil de SNR garantit un TEB au-dessous d’une valeur limite TEB0, qui est défini par le système pour chaque méthode à chaque fois que le SNR est au-dessus du seuil.
A partir du TEB, les seuils de SNR sont obtenus en fonction de leurs caractéristiques pour un mode de modulation sur un canal AWGN. Comme décrit par la figure 4.8, cette méthode consiste en un découpage de la gamme SNR en N+1 sous régions, par N+2 seuils que nous traduisons par :
.
Chacune des N méthodes est alors sollicitée, pour fonctionner dans une zone particulière du SNR. Quand le SNR fait partie de la région, l'information associée à l'état du canal est envoyée de nouveau à l'émetteur. L'émetteur adapte alors le taux de transmission, le codage et la méthode de modulation en garantissant un TEB au-dessous de son seuil TEBo. Ceci permet au système de transmettre le SNR avec une efficacité spectrale élevée quand il est élevé, et le réduit quand il est faible.
