Caractérisation théorique et expérimentale des canaux de communications à 60 GHz

Theoretical and experimental characterization of the 60 GHz radiocommunication channel

• Auteur / Autrice : Maria Teresa Martinez Inglés
• Direction : Martine Liénard, José Victor Rodriguez Rodriguez, José María Molina Garcia-Pardo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et Nano Technologies, Acoustique et Télécommunications
• Date : Soutenance le 17/10/2014
• Etablissement(s) : Lille 1 en cotutelle avec Universidad Politécnica de Cartagena (Espagne)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes radioélectriques -- Diffraction

Ondes radioélectriques -- Diffusion

Ondes millimétriques

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

Mots clés libres

Canal de propagation

Sondage de canal

Résumé

Dans un avenir proche, l'utilisation des bandes libres à 60 GHz permettra des débits de plusieurs Gb/s sur de courtes distances. Cependant, la conception de ces systèmes de communication sans fil dépendra fortement des caractéristiques du canal de propagation. L'objectif de cette thèse porte sur la caractérisation spatiotemporelle du canal de propagation afin de quantifier l'apport des techniques multi antennes (MIMO) sur les performances de la communication. Un sondeur de canal adapté à cette bande passante est développé afin d'effectuer des mesures intensives de caractérisation à l'intérieur des bâtiments. Pour la caractérisation théorique du canal, le modèle déterministe de tracé de rayons fut complété pour prendre en compte i) la diffraction sur les arêtes horizontales d'un obstacle rectangulaire, une nouvelle méthode hybride basée sur la théorie uniforme de la diffraction et de l'optique physique a été proposée et validée, ii) les caractéristiques de diffusion pour des matériaux typiquement rencontrés dans les constructions, ces caractéristiques ayant été estimées à partir de la caractérisation expérimentale. Ces résultats ont montré que l'introduction des coefficients de diffusion pour chaque matériau améliore la précision du modèle contrairement à ce qui peut être trouvé dans la littérature où un paramètre moyen de diffusion est proposé pour un environnement donné. Enfin, à partir des mesures de sondage de canal, les simulations des performances du standard IEEE 802.15c MIMO-OFDM montrent que l'utilisation des techniques multi antennes peut à la fois augmenter le débit d' un facteur de 3,7 et la distance de communication d'un mètre.

The use of the license-free 60-GHz frequency band will allow multi-Gb/s data transmission over short distances. The design of these wireless communication systems strongly depends on the propagation channel. The objective of the thesis focuses on the multidimensionnal channel characterization to quantify at the end the contribution of multi-antenna techniques (MIMO) on the performance of communication. A wideband mm-W frequency channel sounder was developed and has allowed extensive indoor channel measurements. In order to compare experimental results with theoretical value, the ray tracing tool was improved. Taking into account the diffraction that takes place at the top of a rectangular obstacle, a new method based on a hybrid uniform theory of diffraction-physical optics has been proposed and validated. Experimental results had also allowed to quantify the diffuse parameters for materials usually found in indoor environments. It was shown that introducing the contribution of diffuse scattering improves the accuracy of the RT tool unlike what it can be found in the literature where an average diffuse scattering parameter is proposed for a given environment. Finally, based on the channel measurements, the performance of IEEE 802.15.3c MIMO-OFDM systems was performed and the results show that the use of antennas array at both the transmitter and receiver side could increase both the throughput by a factor of 3.7 and the communication distance by 1 meter.