Études de la mise en oeuvre matérielle d’une transmission sans fil combinant retournement temporel et OFDM

Hardware implementation study of a wireless transmission combining time reversal and OFDM

• Auteur / Autrice : Yvan Kokar
• Direction : Maryline Hélard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications
• Date : Soutenance le 15/11/2018
• 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 : Geneviève Baudoin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maryline Hélard, Geneviève Baudoin, Jean-Pierre Cances, Michel Terré, Laurent Ros, Jean-Christophe Prévotet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Cances, Michel Terré

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prototypage rapide

Technologie 5G

Multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence

Retournement temporel (acoustique)

Mots clés libres

Retournement temporel

OFDM

Réciprocité du canal

Focalisations temporelle et spatiale

Preuve de concept

Time reversal

OFDM

Channel reciprocity

Time and spatial focusing

Proof of concept

Résumé

L’essor spectaculaire des systèmes de communications sans fil a entrainé une forte augmentation du trafic des données qui ne devrait cesser de croître au cours des prochaines années. La future génération de réseaux cellulaires (5G) doit être capable de supporter cette croissance du trafic, tout en présentant une consommation énergétique réduite par rapport aux réseaux existants. Parmi les différentes technologies étudiées, le retournement temporel (RT) se présente comme un sérieux candidat pour répondre à ces contraintes. En effet, les nombreuses études théoriques sur le sujet ont montré que la combinaison du RT et de l’OFDM possède des performances intéressantes, notamment grâce à ses propriétés de compression temporelle et de focalisation spatiale. Cependant, les hypothèses prises dans les études théoriques ne sont pas toujours compatibles avec la réalisation pratique d’un tel système. L’objectif de ces travaux de thèse est donc de proposer des solutions aux hypothèses non réalistes, afin de les mettre en oeuvre dans la réalisation d’un prototype combinant RT et OFDM dans un contexte MISO. Dans un premier temps, la mise en oeuvre de l’estimation du canal au niveau de l’émetteur et de la synchronisation du système MISO RT-OFDM est étudiée. Ensuite, une solution de calibration au niveau de l’émetteur est proposée pour compenser le caractère non réciproque du canal de propagation vu de la bande de base. L’ensemble de ces solutions ainsi que les propriétés de focalisation du RT sont validés à partir de mesures expérimentales sur le prototype réalisé. Enfin, la mise en oeuvre du premier prototype de modulation spatiale à la réception utilisant le RT est présentée.

The spectacular growth of wireless communications systems has led to a sharp increase in data traffic, which should continue to grow over the next few years. The future generation of cellular networks (5G) must be able to support this growth of traffic, while presenting reduced energy consumption compared to existing networks. Among the different studied technologies, time reversal (TR) is a serious candidate to meet these constraints. Indeed, the numerous theoretical studies on the subject have shown that the combination of TR and OFDM has interesting performance, specifically thanks to its temporal compression and spatial focusing properties. However, the assumptions made in the theoretical studies are not always compatible with the practical implementation of a real system. The objective of this thesis is to propose solutions to unrealistic theoritical hypotheses, in order to implement them in a real hardware prototype combining TR and OFDM in a MISO context. First, the implementation of the channel estimation at the transmitter side, and the synchronization of the MISO TR-OFDM system is studied. Then, a calibration solution at the transmitter is proposed to compensate for the non-reciprocal nature of the baseband propagation channel. All these solutions as well as the focusing properties of TR are validated by experimental measurements using the developed prototype. Finally, the implementation of the first TR prototype of spatial modulation at the receiver side is presented.