Les Types de Diversité en Télécommunications
Les signaux transmis dans un environnement de télécommunications sont souvent affectés par des phénomènes comme la perte de signal, l’évanouissement ou les interférences. Pour garantir une meilleure qualité de transmission, différentes techniques de diversité sont employées. Aujourd’hui, on va voir les principaux types de diversité utilisés en télécommunications, leurs principes, leurs avantages, ainsi que leur mise en œuvre concrète.
Qu’est-ce que la diversité en télécommunications ?
La diversité est une méthode consistant à utiliser plusieurs chemins ou plusieurs versions du même signal afin de réduire les effets négatifs des perturbations sur la qualité de la communication. Elle permet de compenser les pertes ou dégradations liées au canal de transmission en sélectionnant ou combinant les signaux reçus de manière optimale.
Types principaux de diversité
Les types de diversité se distinguent principalement par la dimension sur laquelle ils reposent : l’espace, le temps, la fréquence, ou même la polarisation. Chacun répond à des problématiques spécifiques du canal radio et peut être combiné avec d’autres pour améliorer la robustesse globale.
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- Diversité spatiale (Espace)
La diversité spatiale repose sur l’utilisation de plusieurs antennes situées à des positions différentes. L’objectif est de capter plusieurs versions du signal qui ont subi des trajets de propagation distincts, donc des évanouissements différents.
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- Principe : Les signaux reçus par différentes antennes ont une probabilité moindre d’être simultanément affectés par un affaiblissement sévère.
- Mise en œuvre : Plusieurs antennes sont disposées à une distance suffisante (généralement plusieurs longueurs d’onde) pour assurer une indépendance des signaux reçus.
- Avantages : Amélioration significative de la qualité de réception, réduction des erreurs de transmission.
- Applications : MIMO (Multiple Input Multiple Output), antennes diversity dans les stations de base et terminaux mobiles.
- Diversité temporelle (Temps)
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Cette technique consiste à transmettre le même signal à différents instants, en séparant les copies par un intervalle suffisant pour que les perturbations affectant le canal soient indépendantes d’un envoi à l’autre.
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- Principe : Profiter de la variabilité temporelle du canal pour éviter que tous les signaux soient dégradés simultanément.
- Mise en œuvre : Utilisation de répétitions temporelles ou de codage avec interleaving temporel.
- Avantages : Permet de corriger les erreurs dues à des fades rapides.
- Limite : Augmente la latence, car le signal est répété ou retardé.
- Diversité fréquentielle (Fréquence)
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Elle exploite la transmission simultanée du même signal sur différentes fréquences. Les perturbations étant souvent localisées en fréquence, cette diversité assure qu’au moins une des fréquences porte le signal correctement.
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- Principe : Envoyer plusieurs copies du signal sur des canaux fréquentiels séparés de façon à ce qu’ils subissent des fades indépendants.
- Mise en œuvre : Utilisation de techniques comme le Frequency Hopping ou le OFDM avec codage sur sous-porteuses distinctes.
- Avantages : Résistance aux interférences et aux fades sélectifs en fréquence.
- Diversité de polarisation
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Elle consiste à transmettre ou recevoir le signal avec des antennes de polarisation différentes (verticale, horizontale, circulaire). Les signaux polarisés différemment subissent des atténuations distinctes.
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- Principe : Exploiter des plans de polarisation différents pour obtenir plusieurs versions indépendantes du signal.
- Mise en œuvre : Antennes à double polarisation ou polarisation croisée.
- Applications : Utilisée dans certains systèmes radar et dans la téléphonie mobile pour améliorer la qualité.
Comparaison et complémentarité des types de diversité
Techniques de combinaison des signaux diversifiés
Après réception de plusieurs copies du signal, il est nécessaire de les combiner pour tirer parti de la diversité. Différentes méthodes existent :
- Sélection de la meilleure antenne (Selection Combining) : on choisit la copie du signal avec la meilleure qualité.
- Combinaison maximale de rapport signal sur bruit (Maximal Ratio Combining) : on pondère et additionne les signaux pour maximiser la qualité globale.
- Combinaison par égalisation (Equal Gain Combining) : on somme les signaux en leur donnant le même poids.
Le choix de la méthode dépend des contraintes de complexité, performance et coût du système.
Exemple simple d’application : la diversité spatiale dans un téléphone mobile
Un téléphone équipé de deux antennes placées à des positions différentes permet de capter deux versions du signal provenant de la station de base. En cas de perturbation sur l’une des antennes, la seconde peut fournir un signal plus clair. Le téléphone combine ces deux signaux, améliorant la qualité de la communication et réduisant les coupures.
Ce principe est largement utilisé dans les technologies LTE et 5G via les systèmes MIMO, qui augmentent non seulement la robustesse mais aussi le débit.
Pour aller plus loin, il serait intéressant d’explorer comment la diversité est intégrée dans les systèmes MIMO avancés et les schémas de codage associés.