Application of Time Reversal (TR) Technique to Ultra wideband (UWB) and multi antenna (MIMO) communication systems - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Application of Time Reversal (TR) Technique to Ultra wideband (UWB) and multi antenna (MIMO) communication systems

Application du retournement temporel (RT) aux systèmes de communications ultra large bande (ULB) et multi-antennes (MIMO)

Résumé

In ultra wideband (UWB) systems, extremely narrow RF pulses are employed to communicate between transmitters and receivers. Because of their extremely wide bandwidth, UWB signals result in large number of resolvable multi-paths and thus reducing the interference caused by the superposition of these multi-paths. However, it also results in a complex receiver system. Time reversal (TR) is a transmission approach which permits to detect the received signal with simple receivers by shifting the complexity to the transmitter. The received signal in the TR scheme is very focused in time and spatial domains. Temporal and spatial focusing permit to reduce inter symbol interference and multi-user interference respectively. In this Ph.D. thesis, we investigate the TR UWB scheme and its application to high data rate communications. A validation of the TR scheme in the laboratory is performed with simulation, semi-measurement and measurement approaches. A parametric analysis of the TR is carried out with multiple antenna configurations (SISO, SIMO, MISO and MIMO). The results show that MIMO-TR outperforms all other configurations The robustness of the TR scheme is also studied in non stationary environments. The results suggest that if the channel maintains some partial correlation with the previous channel, TR can give a robust performance even if the total correlation of the channels is very low. Although higher bandwidths generally give better performance than the lower bandwidths, but the degradation in the performance with the variations in the channel is of the same magnitude Furthermore, TR scheme is investigated from the communication point of view. Experimental validations of a new modulation scheme and high data rate communication for TR UWB are performed for dense multipath propagation channels. It is shown that the BER performance in the indoor channel is better than the reverberation chamber. Furthermore, with the sub-band TR transmission approach, a sort of equalization is achieved which significantly improves the BER performance Finally, multi-user TR communication has been examined with modifications in the TR pre-filter. The modified TR scheme outperforms simple TR and TR with circular shift scheme, especially at higher number of simultaneous users. The results presented in this thesis suggest that the TR UWB scheme, which can easily be combined with the MIMO systems, is a promising and attractive transmission approach for future wireless local and personal area networks (WLAN & WPAN) and wireless streaming applications.
Dans les systèmes ultra large bande (ULB), des impulsions RF extrêmement étroites sont employées pour la communication entre émetteurs et récepteurs. En raison de leur bande passante très large, les signaux ULB entraînent un grand nombre de trajets multiples résolvables et donc réduisent les interférences provoquées par la superposition de ces trajets. Toutefois, cela nécessite la mise en œuvre d'un système de réception complexe. Le retournement temporel (RT) est une approche qui permet d'utiliser des récepteurs simples en déplaçant la complexité vers l'émetteur. Le signal reçu RT est très focalisé dans les domaines temporel et spatial. Les focalisations temporelle et spatiale permettent de réduire respectivement l'interférence entre symboles et l'interférence multi-utilisateurs. Dans cette thèse, nous étudions la technique du RT en ULB et son application aux communications haut débit. La validation de la technique du RT dans le laboratoire est réalisée et une étude paramétrique du RT est faite avec différentes configurations multi-antennes (SISO, SIMO, MISO et MIMO). Les résultats montrent que la configuration RT-MIMO présente les meilleures performances. La robustesse du RT est également étudiée dans des environnements non stationnaires. La robustesse du RT est également étudiée dans des environnements non stationnaires. Les résultats suggèrent que si le canal garde une certaine corrélation partielle avec le canal précédent, le RT peut donner une bonne robustesse même si la corrélation totale des canaux est très faible. Bien que les performances obtenues soient meilleures avec des bandes passantes supérieures, la dégradation des performances avec les variations dans le canal reste du même ordre de grandeur. Ensuite, le RT est étudié du point de vue communication. Des validations expérimentales d'une nouvelle technique de modulation et la communication à haut débit sont effectuées pour des canaux denses en trajets multiples. On montre que les performances de TEB en indoor sont meilleures que celles obtenues en chambre réverbérante. Par ailleurs, avec une transmission RT par sous bandes, qui constitue une sorte d'égalisation, le TEB peut être sensiblement amélioré. Enfin, la communication RT multi-utilisateur a été examinée avec des modifications dans le pré-filtre. Le RT modifié donne de meilleures performances que le RT classique ou le RT avec permutation circulaire. Les résultats présentés dans cette thèse suggèrent que le RT en ULB, qui peut être facilement combiné avec les systèmes MIMO, est une approche prometteuse pour les futurs réseaux de locaux et personnels (WLAN et WPAN) sans fils.
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Dates et versions

tel-00499469 , version 1 (09-07-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00499469 , version 1

Citer

Ijaz Haider Naqvi. Application of Time Reversal (TR) Technique to Ultra wideband (UWB) and multi antenna (MIMO) communication systems. Signal and Image processing. INSA de Rennes, 2009. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00499469⟩
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