Conception, optimisation et évaluation des performances de schémas MIMO non cohérents pour les futurs systèmes sans fil

Conception, optimization and evaluation of the performance of noncoherent MIMO schemes for future wireless systems

• Auteur / Autrice : Ibrahim Dawi
• Direction : Jean-François Hélard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications
• Date : Soutenance le 01/06/2021
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Ros
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Hélard, Laurent Ros, Marion Berbineau, Vahid Meghdadi Neyshabouri, Ayman Khalil, Gheorghe Zaharia
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marion Berbineau, Vahid Meghdadi Neyshabouri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calcul d'erreur

Espace-temps

Groupes de Weyl

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

Mots clés libres

MIMO

DSTM

Group Weyl

CSI

Non-coherent systems

Optimization

Multiplicative groups

Differential systems

Résumé

Aujourd’hui les techniques multiantennaires MIMO (Multiple Input Multiple Output) et Massive MIMO sont très présentes dans les différents systèmes de communications sans fils. Cependant, ces schémas nécessitent de disposer en réception d’une estimation de la réponse de chaque canal entre chaque antenne d’émission et de réception, ce qui, dans beaucoup de cas, peut diminuer fortement l’efficacité spectrale finale de ces systèmes. Cette thèse a pour but d’explorer une solution alternative reposant sur l’utilisation de schémas de modulation différentielle espace-temps (DSTM) pour ces systèmes MIMO non cohérents ne nécessitant pas de disposer d’une estimation de la réponse du canal en réception. Dans un premier temps, des schémas reposant sur l’utilisation du groupe multiplicatif de Weyl de matrices unitaires 2×2 sont étudiés dans le but de construire des systèmes MIMO de type DSTM à 2 antennes d'émission. Puis en utilisant le produit Kronecker, étendu aux matrices 4×4et 8×8.Afin d’améliorer l’efficacité spectrale de ces schémas, des extensions simples et doubles du groupe de Weyl sont proposées. Un algorithme de sélection des matrices d'information maximisant la distance entre les matrices sélectionnées ainsi qu’un mapping optimisé sont ensuite développés. Enfin, une étude analytique des performances des schémas DSTM proposés par des expressions de la probabilité d’erreur par paire (PEP)est menée. En particulier, un nouvel algorithme optimal de sélection des matrices d'information, ayant comme mesure de performance la valeur exacte de la PEP entre les couples de matrices, est optimisé.

Today the multi-antenna techniques MIMO (Multiple Input Multiple Output) and Massive MIMO are very present in the various wireless communication systems. However, these diagrams make it possible to have in reception an estimate of the response of each channel between each transmit and receive antenna, which, in many cases, can greatly reduce the final spectral efficiency of these systems. The purpose of this thesis is to explore an alternative solution based on the use of differential space-time modulation (DSTM) schemes for these non-coherent MIMO systems that does not require an estimate of the response of the receiving channel. First, schemes based on the use of the Weyl multiplicative group of 2 × 2 unit matrices are studied in the process of building DSTM type MIMO building DSTM type MIMO systems with 2 transmitting antennas. Then using the Kronecker product, extended to 4 × 4 and 8 × 8 matrices. In order to improve the spectral efficiency of these schemes, single and double extensions of the Weyl group are proposed. An information matrix selection algorithm maximizing the distance between the improved matrices as well as an optimized mapping are then developed. Finally, an analytical study of the performance of DSTM schemes proposed by expressions of the pairwise error conversation (PEP) is continued. In particular, a new optimal algorithm for selecting the information matrices, having as a performance measure the exact value of the PEP between the pairs of matrices, is optimized.