Techniques de transmission et de modélisation de canal pour les systèmes de communications multi-antennes

Transmission and Channel Modeling Techniques for Multiple-Antenna Communication Systems

• Auteur / Autrice : Maxime Guillaud
• Direction : Dirk T. M. Slock
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et Communications. Traitement du signal
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris, ENST

Mots clés

Mots clés libres

Codage temps-espace

Modèle de canal

Calibration

Multi-antennes

Mimo

Réciprocité

Calibration relative

Résumé

Dans cette thèse, différents aspects des communication sans fils multi-antennes (MIMO) sont abordés. Dans un premier temps, nous introduisons l'Etalement Temps-Espace-Fréquence (STFS), un code destiné aux systèmes à multiplexage fréquentiel orthogonal (OFDM), qui maximise l'exploitation de la diversité spatiale, fréquentielle et temporelle. Pour des efficacités spectrales faibles (par exemple utilisant des BPSK), le décodage par Viterbi du STFS, associé à une annulation d'interférence itérative atteint les mêmes performances qu'un code BICM. Dans un second temps, nous considérons l'importance pour l'émetteur de connaître l'état du canal. Un modèle de réciprocité est proposé pour les systèmes à duplexage temporel (TDD), dans lequel les imperfections des composants radio-fréquence sont représentées par des filtres linéaires. A l'issue d'une phase d'apprentissage coopératif (calibration relative), ce modèle permet à l'émetteur de déduire l'état du canal descendant à partir de l'estimation de l'état du canal montant, sans nécéssiter de retour continu d'information. Ce modèle a été validé expérimentalement dans le cas d'un canal SISO. Enfin, la modélisation de l'évolution temporelle des canaux MIMO non plats est envisagée. Un modèle par trajets est utilisé, et une méthode d'identification aveugle est proposée, qui permet de décomposer les variations du canal, pour chaque trajet identifié, en un ensemble de constantes représentant les caractéristiques physiques de l'environnement, et un processus variable dans le temps, structuré (tel que l'effet Doppler), et pouvant être facilement suivi ou prédit. Les performances de cette méthodes sont analysées sur des signaux mesurés

This thesis deals with different aspects of multiple-antenna (MIMO) wireless communications. In a first part, we introduce Space-Time-Frequency Spreading (STFS), a space-time code for Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) systems that maximally exploits the channel space and frequency diversity, as well as time diversity. For low spectral efficiencies (e. G. BPSK), Viterbi-based decoding of STFS associated with iterative interference cancellation provides the same performance as BICM without requiring soft decoding. In a second part, the importance of having channel state knowledge at the transmitter is discussed. A channel reciprocity model is introduced for the case of Time-Division Duplex (TDD) systems, which models the impairments of the radio-frequency components with linear filters. After a collaborative training phase (relative calibration), this model enables the transmitter to infer the downlink channel impulse response from the uplink channel estimates, thus lifting the requirement for continuous feedback. The frequency-selective reciprocity model was experimentally validated for SISO channels. Finally, the problem of modeling the temporal evolution of MIMO frequency-selective channels is addressed. A pathwise model is introduced, and we propose to use a blind method to decompose the time-varying channel realizations into, for each path, a set of constants representing the physical characteristics of the environment, and a time-varying, structured process (such as a Doppler series) that can be easily tracked or predicted. The performance of this method is evaluated by simulations, using both synthetic and experimental data