Design of UWB systems for very high data rates

• Auteur / Autrice : Mohamed Kamoun
• Direction : Pierre Duhamel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées. Automatique et traitement du signal
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Résumé

Cette thèse s'intéresse aux systèmes à bande ultra large dans un contexte de communication très haut débit (>500 Mbps). Deux techniques de modulation UWB sont étudiées: les modulations par impulsions (PAM/PPM) et l'étalement de spectre par séquence. Après une étude des modèles de canaux et de la capacité du système en termetermes de débit maximal, la modulation PPM est étudiée sous l'angle de la sensibilité à la gigue temporelle. Un algorithme de compensation des incertitudes temporelles est proposé dans le cas AWGN. Comme la richesse du canal en diversité figure parmi les premiers avantages des systèmes UWB, cette diversité est étudiée dans un cas ou la transmission est affectée par une désynchronisation. Ainsi on peut montrer que pour chaque valeur de désynchronisation, il existe une bande optimale qui réalise les meilleures performances avec un récepteur RAKE. La deuxième technique d'étalement étudiée dans le cadre de cette thèse, est l'étalement par séquences. Le principal problème qui surgit de son utilisation est lié à la longueur temporelle des canaux par rapport aux débits requis. Compte tenu des débit visésdes débits visés seuls les récepteurrécepteurs linéaires sont considérés. Pour maintenir l'interférence inter-symbole à un niveau raisonnable, les séquences d'étalement sont choisies plus longues que le canal. La perte en débit est compensée par un empilement de séquences. Un récepteur MMSE à double fenêtre d'égalisation permet de réduire l'interférence inter-symboles et l'interférence inter-codesinter-code. Ainsi avec une telle technique la portée du système est meilleure que celle des propositions actuelle au standard 802. 15. 3a. Cette thèse apporte une étude détaillée de ce nouveau système.

UWB is serious candidate for high data rate short range communications needed by the new emerging multimedia devices. UWB is defined to be be any communication system whose fractional bandwidth exceeds 25\% or whose bandwidth exceeds 500\MHz{}. Many spreading schemes hashave been proposed for UWB. Two techniques are studied in this thesis. They are impulse radio and direct sequence spreading. The first part gives an insight into the channel models in UWB context and the maximal bits rates that can be attained. Pulse based techniques are the main concern of the second part. Such techniques are inherently sensitive to timing uncertainties which are analysed from different points of view. First the impact of desynchronization is evaluated on the capacity of PPM modulation, then a jitter compensating algorithm is proposed. Since the channel diversity is an important advantage of UWB modulations, the performance of realistic PPM receiver are studied at the end of this part. It is shown that in presence of time jitter, a tradeofftrade-off is needed between diversity and sensitivity to timing uncertainties. The second part is devoted to direct sequence spreading. The main issue of this technique is the channel length. In order to minimize the amount of inter-symbol interference we choose the sequences to be longer than the channel impulse response. The rate loss is compensated by superimposing multiple codes in synchronous way. A tradeofftrade-off between the constellation order and the number of codes allows to reachreaching higher range than current proposals for WPAN standard.