Contributions à la diversité coopérative dans les systèmes ULB à accès multiple

par Yamen Issa

Thèse de doctorat en Électronique. Acoustique et télécommunications

Sous la direction de Iyad Dayoub.

Soutenue le 02-12-2013

à Valenciennes , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) , en partenariat avec Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (laboratoire) , Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (Pôle de recherche et d'enseignement supérieur (PRES)) et de Institut d'électronique- de microélectronique et de nanotechnologie / IEMN (laboratoire) .

Le président du jury était Abdelaziz Bensrhair.

Le jury était composé de Iyad Dayoub, Vahid Meghdadi Neyshabouri, Tân-Phu Vuong, Marion Berbineau, Éric Simon.

Les rapporteurs étaient Vahid Meghdadi Neyshabouri, Tân-Phu Vuong.


  • Résumé

    Ce travail s’intéresse aux transmissions ultralarge bande (ULB) dans les réseaux sans fils. La diversité spatiale est introduite par l’utilisation du système multiple-input multiple-output (MIMO) comme une technique efficace pour lutter contre l’évanouissement dû aux trajets multiples dans les communications sans fils. Mais, souvent l’intégration d’antennes multiples au niveau de l’émetteur ou du récepteur est coûteuse. Comme alternative, nous proposons d’utiliser la diversité coopérative qui garantit des gains de diversité spatiale en exploitant les techniques MIMO traditionnelles sans avoir besoin d’antennes multiples. L’objectif est d’introduire la diversité coopérative aux systèmes de transmission ULB. Nous considérons deux techniques d’accès multiple avec des schémas de modulation différents (time hopping pulse position modulation TH-PPM et direct sequence binary phase shift keying DSBPSK) avec le protocole de coopération decode-and-forward (DF). Nous utilisons le récepteur Rake afin d’exploiter la diversité de trajet multiple et analysons les statistiques de variable de décision à la sortie de ce récepteur. Nous présentons des résultats de simulation de la performance en termes de taux d’erreur binaire (TER) du système étudié sous différents canaux UWB compte tenu de la norme IEEE 802.15.4a. Ces résultats montrent que la coopération avec des relais améliore significativement les performances de transmission ULB, et que le gain de diversité augmente proportionnellement avec le nombre de relais. En présence d’IAM, la performance du système se dégrade de manière significative, mais l’avantage de la coopération est encore modérément efficace. La performance dans ce cas est limitée en termes de diversité achevée parce que le canal entre la source et le relais en présence d’IAM devient moins favorable. C’est pourquoi nous proposons d’utiliser la technique de sélection d’antenne au relais afin d’améliorer la fiabilité du canal source-relais. Cette solution permet d’améliorer la performance grâce au gain de la diversité d’antennes multiples disponibles au relais toute en n’utilisant qu’une seule chaîne radiofréquence (RF), qui conduit à une réduction des coûts et de la complexité.

  • Titre traduit

    Contributions to cooperative dIversity in multiple access UWB systems


  • Résumé

    This work focuses on the ultra wideband (UWB) transmission in wireless networks. Spatial diversity is introduced by the use of multiple-input multiple-output (MIMO) system as an effective technique to overcome multipath fading in wireless communications. But the integration of multiple antennas at the transmitter or receiver is often costly. As an alternative, we propose to use the cooperative diversity that provides spatial diversity gains by exploiting the traditional MIMO techniques without the need for multiple antennas. The objective is to introduce cooperative diversity to UWB transmission systems. We consider two multiple access techniques with different modulation schemes (time hopping pulse position modulation TH-PPM and direct sequence binary Phase Shift Keying DS-BPSK) with the cooperation protocol decode-and-forward (DF). We use the Rake receiver to exploit multipath diversity and analyze the decision variable statistics at the output of the receiver. We present simulation results of the BER performance of the proposed system under different UWB channel given the IEEE 802.15.4a standard. Our results show that the cooperation with the relay significantly improves the performance of UWB transmission, and that the diversity gain increases with the number of relays. In the presence of MAI, the overall system performance degrades significantly, but the benefit of cooperation is still moderately effective. The performance in this case is limited in terms of attainable diversity that the source-relay link becomes worse when MAI is present. That is why we propose to use antenna selection at the relay receiver in order to improve the reliability of the source-relay link. This solution is shown to improve the performance by exploiting the diversity of the available antennas at the relay, while using a single Radio Frequency (RF) chains. This leads to reduced cost and complexity.


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