Analyse de performances de systèmes de communication sans-fils exploitant micro- et macro-diversité

Mohamed-Slim Alouini: Rapporteur; Jean-François Hélard: Rapporteur;Jean-François Diouris: Président du jury; Karim Abed-Meraim: ExaminateurWireless systems are now popular worldwide to help people and machines to communicate with each other independentlyof their location. Hence, the demand for capacity in cellular and wireless local area networks has grownin a literally explosive manner during the last decade. But, data transmission over wireless communication suffersfrom several channel impairements such as fading and cochannel interference. An efficient technique to mitigatethe fading and increase the communication link robustness is the spatial diversity.This thesis deals with the perfomance analysis of wireless communication systems exploiting spatial micro- andmacro-diversity. The first part is concerned with the investigation of Multiple-Input Multiple-Output (MIMO)systems using Orthogonal Frequency division Multiplexing (OFDM), in the micro-diversity context. It is shownthat taking into account the real channel delay profile can have an impact on the MIMO/OFDM system ergodic andoutage capacities, when a parametrized cannel model is considered. Then, two space-time block coding schemesare proposed for a MIMO/OFDM system using two transmit antennas. These schemes, based on the Alamouticode, partially simulate the spatial diversity by the frequency one by taking advantages of the OFDM modulation,and present a rate of a half. We find that the diversity order of the proposed schemes converges to a half-ratescheme using 4 antennas instead of 2.The second part deals with the performance of wireless systems exploiting spatial macro-diversity. First, a realisticchannel model based on a refinement of the Radio-Frequency Fornt-End (RFFE) is proposed. The impact ofthis realistic channel model on the MIMO system capacity is investigated, in both the micro- and macro-diversitycontexts. It is shown that this refined channel model can describe the capacity behavior as observed in real implementations.Then, an optimal power allocation algorithm is proposed for the two-relay regenerative paralleltransmission system. This optimization, subject to a cartain power budget to be allocated between the two relays,is done in order to minimize the BER at the destination. It is found that the relayed transmission can give betterresults than the direct transmission, and that the optimal power allocation is more useful when the relayed linksare unbalanced.Cette thèse s'intéresse à l'étude de la couche physique des réseaux locaux sans-fils dits WLAN (Wireless LocalArea Networks). Durant les dernières décennies, les applications destinées aux réseaux locaux sans-fils sont devenuesde plus en plus nombreuses, d'où la nécessité d'avoir des débits de transmission plus importants. Cependant,les ingénieurs de conception des systèmes de communication radio sont généralement confrontés à de nombreuxchallenges ; Parmi ceux-ci nous citons la limitation de la bande fréquentielle du canal, les variations complexes del'environnement de propagation (évanouissements et trajets multiples), etc. Les techniques de diversité et plus particulièrementles techniques de diversité spatiale s'avèrent très efficaces pour réduire l'impact de ces problèmes surles performances des systèmes sans-fils. Cette thèse s'interesse à l'analyse de performance de systèmes de commnicationssans-fils exploitant micro- et macrodiversité. Dans une première partie, les systèmes de communicationMIMO (Multiple-Input Multiple-Output) utilisant la modulation OFDM sont considérés. L'impact de considérerle vrai profile des retards du canal sur la capacité ergodique et la capacité complémentaire est étudié. Puis deuxschémas de codage spatio-emporels de rendement 1/2 sont proposés pour le système MIMO munis deux antennesémetrices qui, profitant des propriétés de la modulation OFDM, présentent une diversité qui converge vers celled'un système MIMO ayant 4 antennes émettrices et utilisant un schéma de codage de rendement 1/2.Dans une deuxième partie, les systèmes à antennes multiples dans un contexte de macro-diversité sont étudiés.L'analyse de performance des systèmes MIMO dans un contexte de micro-diversité est effectué en termes de capacitéergodique. Cette étude est faite en prenant en considération un modèle réaliste du bloc radio-fréquence(RFFE). Les résultats trouvés montrent que ce nouveau modèle de canal permet de décrire la saturation de lacapacité, phénomène observé dans des implémentations réelles. Ensuite, un algorithme d'allocation optimale depuissance est proposée pour un système de transmission à deux relais numériques mis en parallèle. L'optimationest faite sous la contrainte d'un certain budget de puissance afin de minimiser le taux d'erreur au niveau de la destination.Il est à noter que l'allocation de puissance est d'autant plus utile que les liens relayés sont dissymétriques,et que la transmission relayée peut être plus performante que la transmission direct dans certains contextes