Multiplexage spatial dans le contexte des systèmes de communication MIMO large bande - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Spatial multiplexing in Widebande MIMO communications

Multiplexage spatial dans le contexte des systèmes de communication MIMO large bande

Résumé

In wideband MIMO communication system, the received signal on the different antennas is a convolutive mixture of the signals coming from the different transmit antennas. In this case, the transfer function of the MIMO channel can be represented by a polynomial matrix. The signal recorded at each receive antenna is the superposition of the outputs of the subchannels originating from the different transmit antennas. This causes co- channel interference (CCI). In this thesis we propose a time-domain spatial multiplexing scheme which transforms the wideband MIMO channel into several independent SISO sub-channels, thereby cancelling the CCI, on which data streams are transmitted. This approach is known as spatial multiplexing. It consists in inserting a pre and post-filter into the transmission chain respectively at transmitter and receiver in order to precompensate and eliminate inter-channel interference. The transfer functions of these filters are obtained from the decomposition of the polynomial matrix representing the transfer function of the MIMO channel. For this purpose, we have proposed a polynomial matrix decomposition method, based on the classical LU, called LU-PMD. Unlike other polynomial matrix decomposition algorithms, it performs a perfect diagonalization. However, the resulting filters from this factorization are not paraunitary. They amplify the output noise power and thus degrade the performance of the system. The performance analysis in terms of bit error rate of the proposed scheme, in MIMO-OFDM context, is compared with the other methods. Good results are obtained when the signal-to-noise ratio increases. We have also shown that our method is suitable for both multi-carrier and single carrier. We have also proposed a spatial multiplexing scheme in a MIMO-OFDM transmission chain without cyclic prefix of which one of the antennas is chosen as redundant. Our investigations into the output noise enhancement show that it is due to the ill-conditioning of the post-coding matrix. Two efficient solutions were proposed. The first one is a normalization of the postcoding matrix, by using a row balancing, to improve the conditioning of the postfilter, and thereby the performance of the system. The second method proposed is based on a permutation of the post-filter and the pre-filter in order to benefit from well-conditioned precoding matrix. This is sufficient to improve even better the performance of the system.
Dans un système de communication MIMO large bande, les signaux reçus sur les différentes antennes de réceptions constituent un mélange convolutif des signaux issus des différentes antennes d’émission. Dans ce cas, la fonction de transfert du canal MIMO peut être représentée par une matrice polynomiale. Le signal enregistré sur chaque antenne de réception est la superposition des signaux provenant des différentes antennes d’émission provoquant ainsi de l’interférence co-canal. Dans cette thèse nous avons proposé un schéma de multiplexage spatial dans le domaine temporel qui transforme le canal MIMO large bande en plusieurs canaux SISO équivalents totalement indépendants sur lesquels des flux de données distincts sont transmis. Cette approche est connue sous le nom de multiplexage spatial. Elle consiste à placer un pré et post-filtre respectivement en émission et en réception pour pré-compenser et éliminer les interférences entre canaux (co-canal). Les fonctions de transfert de ces filtres sont obtenues à partir de décomposition de la matrice polynomiale représentant la fonction de transfert du canal MIMO. À cet effet, nous avons proposé une méthode de décomposition de matrice polynomiale, basée sur la méthode LU classique, nous l’avons appelé LU-PMD. Elle effectue une diagonalisation parfaite de la matrice du canal. Cependant les filtres issus de cette factorisation ne sont pas para-unitaires. Ils amplifient le bruit et donc dégradent les performances du système. L’analyse des performances du schéma proposé en termes de taux d’erreur binaire est faite dans une chaine de transmission MIMO-OFDM. Ces performances ont été comparées avec celles d’un schéma de multiplexage spatial basé sur la décomposition QR de matrice polynomiale. De bons résultants sont obtenus lorsque le rapport signal à bruit est élevé. Nous avons aussi montré que notre méthode convient aussi bien en multi-porteuses qu’en mono-porteuse. Nous avons aussi proposé un schéma de multiplexage spatial en MIMO-OFDM sans préfixe cyclique dont l’une des antennes est redondante. L’analyse de l’amplification du bruit montre qu’il est dû au mauvais conditionnement de la matrice de post-codage. Deux solutions simples et efficaces ont alors été proposées. La première est une normalisation du post-filtre, en utilisant un équilibrage des lignes pour améliorer le conditionnement. La deuxième méthode proposée est basée sur une permutation entre post-filtre et pré-filtre. Ce dernier étant mieux conditionné, son utilisation en post-filtrage permet d’améliorer encore mieux les performances du système.
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Dates et versions

tel-02464891 , version 1 (03-02-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02464891 , version 1

Citer

Moustapha Mbaye. Multiplexage spatial dans le contexte des systèmes de communication MIMO large bande. Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. Université Cheikh Anta Diop, Dakar (Sénégal), 2019. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02464891⟩
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