Analysis of signaling and coding schemes for non-coherent ultra-wideband systems

• Auteur / Autrice : Younès Souilmi
• Direction : Raymond Knopp
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et communications
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris, ENST

Mots clés

Mots clés contrôlés

Communication ultra large bande

Systèmes de communication sans fil

Radiocommunications mobiles

Résumé

UWB est basée sur un changement de la philosophie de gestion du spectre de fréquence radio. La transmission UWB s’effectue sur une bande de fréquence partagée de plusieurs GHz contrairement aux systèmes de transmission classiques qui utilisent des bandes de fréquence étroites dédiées. Ceci est rendu possible en limitant, à un niveau bas, la densité spectrale de puissance transmise par les systèmes UWB ; par conséquent ces derniers ne causent pas d’interférence notable aux autres systèmes radio avec lesquels ils coexistent. Les systèmes UWB ont comme spécifité d’opérer dans le régime de transmission à très faible efficacité spectrale. Dans le cadre de cette thèse on explore l’impact des caractéristiques de la transmission UWB sur le design optimal de certains aspects de sa couche physique. On considère dans le cadre de notre étude les schémas de détection non-cohérente. On commence par évaluer les performances des détecteurs non-cohérents associes à une transmission On-off. Par la suite on analyse l’impact de la connaissance partielle du canal, pouvant être obtenue grâce à la stationnarité du canal, sur les performances du système. Ensuite on introduit un mode de signalisation UWB à multi porteuses qui permet de généraliser la signalisation On-off au cas bi-dimensionnel temps-fréquence. On analyse les performances de ce système en développant des bornes sur les taux de transmission atteignables. Ensuite, on s'intéresse à la transmission UWB On-off dans le contexte d’un réseau d’accès multiple peer-to-peer. On propose un détecteur d’énergie à seuil quantifié et on montre qu’il atteint les performances très proches d’un récepteur non-cohérent.

UWB is a new emerging technology which promises to bring a real revolution in the field of WLAN communications. UWB is based on a shift in spectrum management paradigm which consists on allowing users to transmit over a shared bandwidth of several GHz rather than allocating private bandwidth to each user. No significant interference is caused to other UWB users nor to other systems coexisting on the same frequency bandwidth thanks to a constrain on the transmitted power spectral density. Given the huge bandwidth used by UWB systems, the latter operates in the low spectral efficiency regime. In our work we investigate the impact of UWB characteristics on the design of adequate signalling and coding schemes. Motivated by the fact that channel knowledge is not required to achieve channel capacity for vanishing spectral efficiency, we consider non-coherent type of detection. We first evaluate the performance of practical non-coherent schemes using on-off signalling. We then investigate the impact of channel estimation, made possible by channel stationary, on system performance and show at which extinct practical coherent UWB systems can outperform non-coherent ones. Later we introduce a multi-carrier UWB signalling scheme which generalizes the concept of on-off signalling to the time-frequency 2-dimentional signalling space. We analyze the performance of this signalling scheme by deriving lower and upper bounds on its achievable data rates over the set of all frequency taps correlation profiles. We then consider UWB on-off signalling in the context of peer-to-peer multiple access networks. We propose a quantized threshold-based non-coherent receiver whose performance is shown