Receive and Transmit Spatial Modulation Techniques for Low Complexity Devices

par Ali Mokh

Thèse de doctorat en Télécommunications

Sous la direction de Maryline Hélard.

  • Titre traduit

    Techniques de modulation spatiales à l'émission et à la réception pour les objets à bas complexité


  • Résumé

    L'Internet des objets est l'un des concepts clefs stimulant l'évolution des réseaux mobiles dans le but de leur donner de nouvelles fonctionnalités de communication et de gestion d'objets dits connectés. Comparativement aux terminaux mobiles standards, les usages associés à ces objets connectés sont en général caractérisés par des débits modestes et de faibles ressources en capacité de calcul et en énergie. Les techniques de modulation spatiale (SM) sont proposées comme une solution prometteuse pour assurer les débits des objets connectés tout en maîtrisant le critère de la consommation énergétique. L'objectif de cette thèse est d'étudier les performances de différents schémas de transmission basés sur le concept SM mis en oeuvre en transmission ou en réception. Nous avons notamment proposé un système global de communication en liaisons montante (SM en transmission) et descendante (SM en réception) entre une station de base et un objet, dans lequel l'essentiel de la complexité de calcul est concentré à la station de base. Par ce système, une liaison avec un objet peut être établie en limitant les traitements au sein de l'objet à di simples fonctions d'activation/désactivation d'antenne et de détection à seuil. Par ailleurs, nous avons proposé des schémas SM étendus grâce auxquels l'efficacité spectrale atteignable devient égale au nombre d'antennes au sein de l'objet. Les expressions analytiques de la probabilité d'erreur binaire ont été développées pour l'ensemble des systèmes étudiés en utilisant différentes méthodes de détection. L'impact de la connaissance imparfaite de l'état des canaux de propagation ainsi que l'effet des corrélations entre antennes ont également été incorporés dans l'étude des performances des schémas SM de réception. Dans une dernière partie, nous avons proposé d'adapter les schémas SM de réception dans un environnement de propagation en ondes millimétriques en utilisant une formation de faisceau hybride analogique/numérique au niveau de l'émetteur.


  • Résumé

    Internet of Things is one of the keyword that represents the evolution in 5G that is able to connect the so-called Connected Devices (CD) to the network. These CDs are expected to require modest data rates and will be characterized by low resources in terms of both computation and energy consumption compared to other mobile multi-media devices. Spatial Modulation (SM) is proposed to be a promising solution to boost the data rate of the CD with a small ( or no) increase in energy consumption. Inspired by the advantages of SM, the objective of this thesis is to study the performance of different transmission scheme based on the SM concept at the transmitter and at tht receiver, for respectively an uplink and a downlink transmission between a BS and a CD. We proposed a global system where the higher computational complexity remains at the BS: The transmit SM is used for uplink, and the receive SM for downlink. It is shown that with SM, an ON­OFF keying for uplink and Single Tap detector for downlink could be sufficient for the transmission a the CD. Also, with Extended SM schemes, we increased the spectral efficiency of SM to be equal t< the number of antennas of CD in both uplink and downlink transmission. A framework for the derivation of the Bit Error Probability (BEP) is developed for all schemes with different detection methods. Impact of imperfect CSIT transmission has been studied when linear precoding is implemented for the receive spatial modulation, as well as the effect of antenna correlations. Finally we proposed to adapte the spatial modulation at the receiver with the mmWave environment, using hybrid beamformina at the transmitter.

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