Joint channel and power amplifier for dynamic power allocation in MIMO-OFDM systems

Cette thèse porte sur l'optimisation des performances des systèmes de transmission multimédias MIMO-OFDM prenant conjointement en compte les imperfections de l'amplificateur de puissance et les distorsions du canal. Les fluctuations d'amplitude des signaux OFDM, caractérisées par un PAPR élevé, rendent la transmission vulnérable à la non-linéarité de l'amplificateur de puissance. On propose dans un premier temps une méthode permettant d'améliorer les performances de la méthode Tone Reservation en termes de gain de réduction du PAPR et de rapidité de convergence, en associant les échantillons de l'Intervalle de Garde aux Sous-Porteuses Nulles. Les simulations en présence d'un amplificateur de puissance à effets mémoire et d'un canal radio basé sur un modèle de propagation réaliste montrent que la méthode proposée offre de bonnes performances tout en respectant les spécifications fréquentielles, dans le cadre du standard IEEE 802.11a. Dans un second temps, on propose d'étudier l'impact de la non-linéarité dans un système MIMO-OFDM précodé dédié à la transmission d'images JPWL, respectant la norme IEEE 802.11n. On montre que la non-linéarité affecte la robustesse de transmission contre les erreurs de transmission et dégrade considérablement la qualité visuelle des images reçues. Enfin, on propose une stratégie de précodage originale prenant conjointement en compte l'amplificateur de puissance, le canal de transmission et le contenu de l'image à transmettre. Cette stratégie alloue successivement la puissance sur les sous-canaux SISO issus de la décomposition du canal MIMO afin de maximiser la qualité visuelle des images reçues tout en réduisant la puissance totale d'émission. Les résultats de simulation montrent que cette nouvelle stratégie qui considère un amplificateur et un canal réalistes, permet de garantir la robustesse de transmission et d'améliorer la qualité visuelle des images reçues.This thesis focuses on the optimization of multimedia transmissions in MIMO-OFDM systems by jointly taking into account the power amplifier non-linearity and the wireless channel distortions. The OFDM modulation generates a high peak fluctuation, measured by the PAPR, which is affected by the RF non-linearity such as the power amplifier, reducing the transmission quality. We first propose a new method to improve the Tone Reservation method performances in terms of PAPR reduction gain and convergence speed, by including the samples of the Guard Interval Signal in the optimization algorithm. Simulations results using a power amplifier model with memory effects and a radio channel based on a realistic propagation model show that the new method offers the better performances, while respecting the IEEE 802.11a spectrum mask. Secondly, we propose to study the impact of power amplifier nonlinearity on the transmission of scalable image contents over a precoded Closed-Loop MIMO-OFDM system. The simulations in a realistic context, under the standard IEEE 802.11n standard show that the RF non-linearity affects the robustness against transmission errors and highly degrades the visual quality of the received JPWL images. Finally, we propose a new precoding strategy which jointly takes into account the power amplifier, the radio channel and the image content to be transmitted. This strategy successively allocates power between the SISO sub-channels obtained from the MIMO channel decomposition in order to maximize the visual quality of the received images, while reducing the total output power. Simulations with a realistic power amplifier model, associated with a realistic channel model show that this new strategy ensures a robust transmission and improves the visual quality of the received images