Développement d'architectures avancées pour communications ultra large bande (UWB) dans des applications bas débit

• Auteur / Autrice : Samuel Dubouloz
• Direction : Jorge Rodriguez Guisantes, Manuel Pezzin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique et communications
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris, ENST

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de communication sans fil

Communication ultra large bande

Résumé

Nombre d'applications nécessitent un lien de communication sans fil présentant une faible consommation électrique, sans requérir de débits élevés. La technologie basée sur la transmission de signaux impulsionnels UWB dispose de bonnes propriétés intrinsèques permettant non seulement d'envisager la mise en œuvre de solutions peu complexes au niveau de l'émetteur-récepteur, mais aussi d'exploiter à des fins de radiolocalisation la résolution temporelle inhérente à la largeur de bande disponible. Cette technologie a d'ailleurs été plébiscitée au sein du groupe IEEE 802. 15. 4a qui a été chargé de définir une couche physique alternative pour les WPAN bas débit. C'est dans ce contexte de recherche technologique et de normalisation que s'inscrivent ces travaux de thèse, avec pour objectif la définition d'une architecture de récepteur consommant peu, et compatible avec la norme en cours d'élaboration. En premier lieu, nous caractérisons les signaux UWB et développons un modèle d'impulsion prenant en compte les principaux paramètres de la couche physique intervenant dans la puissance rayonnée (largeur de bande, densité spectrale, fréquence de répétition des impulsions, etc. ). Nous étudions ensuite l'influence du canal de propagation et modélisons de manière statistique plusieurs grandeurs nécessaires à l'établissement d'un bilan de liaison réaliste (distribution des amplitudes reçues, répartition de l'énergie, etc. ). À la lumière de ces études, nous explorons et comparons différentes architectures de réception (performance, complexité, robustesse aux trajets multiples, etc). Enfin, la solution retenue, comprenant également un algorithme de synchronisation, est présentée en détails.

Many applications like sensor networks require a wireless link to transfer data, not necessarily with a high speed rate, but with very low power consumption. The Impulse Radio - Ultra Wideband technology benefits from intrinsic properties that enable to develop low-complexity transceiver solutions. It also takes advantage of the fine temporal resolution that inherently results from the wide available bandwidth, hence providing appealing radiolocation capabilities. For these two main reasons, UWB technologies were strongly supported when the IEEE 802. 15. 4a task group started defining an alternative physical layer (PHY) for Wireless Personal Area Networks (WPAN). The work presented in this thesis took place in this double context of technological research and standardization, aiming at a low-complexity receiver architecture compliant with the on-going standard. Firstly, UWB signals are characterized and an analytical pulse model is proposed. It takes into account the main PHY parameters entering into the radiated power, such as bandwidth, power spectral density, pulse repetition frequency, etc. The propagation channel influence is then considered. Different statistical studies based on IEEE channel models are proposed, concerning energy repartition, small scale fading, pulse magnitude distribution and correlation properties. Subsequently, the different kinds of receiver architectures are described and compared in terms of performance, complexity, robustness to multi-paths, etc. Finally, the most relevant features of the 802. 15. 4a standard and the complete solution selected for implementation are detailed, including a synchronization algorithm compliant with IEEE preambles.