Contribution à la mise en oeuvre de récepteurs et de techniques d'estimation de canal pour les systèmes mobiles de DS-CDMA multi-porteuse

Ce mémoire traite du développement de récepteurs et de techniques déstimation de canal pour les systèmes mobiles sans fil de type DS-CDMA multi-porteuse. Deux problèmes principaux doivent être pris en compte dans ce cas. Premièrement, l'Interférence d'Accès Multiple (IAM) causée par d'autres utilisateurs. Deuxièmement, les propriétés des canaux de propagation dans les systèmes radio mobiles. Ainsi, dans la première partie du manuscrit, nous proposons deux structures adaptatives (dites détection séparée et détection jointe) pour la mise en oeuvre de récepteurs minimisant lérreur quadratique moyenne (MMSE), fondés sur un Algorithme de Projection Affine (APA). Ces récepteurs permettent de supprimer les IAM, notamment lorsque le canal d'évanouissement est invariant dans le temps. Cependant, comme ces récepteurs nécessitent les séquences d'apprentissage de chaque utilisateur actif, nous développons ensuite deux récepteurs adaptatifs dits aveugles, fondés sur un algorithme de type projection affine. Dans ce cas, seule la séquence d'étalement de l'utilisateur désiré est nécessaire. Quand les séquences d'étalement de tous les utilisateurs sont disponibles, un récepteur reposant sur le décorrélateur est aussi proposé et permet d'éliminer les IAM, sans qu'une période pour l'adaptation soit nécessaire. Dans la seconde partie, comme la mise en oeuvre de récepteurs exige léstimation du canal, nous proposons plusieurs algorithmes pour léstimation des canaux d'évanouissement de Rayleigh, variables dans le temps et produits dans les systèmes multi-porteuses. A cette fin, les canaux sont approximés par des processus autorégressifs (AR) d'ordre supérieur à deux. Le premier algorithme repose sur deux filtres de Kalman interactifs pour léstimation conjointe du canal et de ses paramètres AR. Puis, pour nous affranchir des hypothèses de gaussianité nécessaires à la mise en oeuvre d'un filtre optimal de Kalman, nous étudions la pertinence d'une structure fondée sur deux filtres H1 interactifs. Enfin, léstimation de canal peut ^etre vue telle un problème déstimation fondée sur un modèle à erreur- sur-les-variables (EIV). Les paramètres AR du canal et les variances de processus générateur et du bruit d'observation dans la représentation de léspace d'état du système sont dans ce cas estimés conjointement à partir du noyau des matrices d'autocorrélation appropriées.This dissertation deals with the development of receivers and channel estimation techniques for multi-carrier DS- CDMA mobile wireless systems. Two major problems should be taken into account in that case. Firstly, the Multiple Access Interference (MAI) caused by other users. Secondly, the multi-path fading of mobile wireless channels. In the first part of the dissertation, we propose two adaptive structures (called separate and joint detection) to design Minimum Mean Square Error (MMSE) receivers, based on the Affine Projection Algorithm (APA). These receivers are able to suppress the MAI, particularly when the fading channel is time-invariant. However, as they require a training sequence for every active user, we then propose two blind adaptive multiuser receiver structures based on a blind APA-like multiuser detector. In that case, only the knowledge of the spreading code of the desired user is required. When the spreading codes of all users are available, a decorrelating detector based receiver is proposed and is able to completely eliminate the MAI without any training. In the second part, as receiver design usually requires the estimation of the channel, we propose several training-based algorithms for the estimation of time-varying Rayleigh fading channels in multi-carrier systems. For this purpose, the fading channels are approximated by autoregressive (AR) processes whose order is higher than two. The first algorithm makes it possible to jointly estimate the channel and its AR parameters based on two-cross-coupled Kalman filters. Nevertheless, this filtering is based on restrictive Gaussian assumptions. To relax them, we investigate the relevance of a structure based on two-cross-coupled H1 filters. This method consists in minimizing the influence of the disturbances such as the additive noise on the estimation error. Finally, we propose to view the channel estimation as an Errors-In-Variables (EIV) issue. In that case, the channel AR parameters and the variances of both the driving process and the measurement noise in the state-space representation of the system are estimated from the null space of suitable correlation matrices

NASA SBIR abstracts of 1990 phase 1 projects

The research objectives of the 280 projects placed under contract in the National Aeronautics and Space Administration (NASA) 1990 Small Business Innovation Research (SBIR) Phase 1 program are described. The basic document consists of edited, non-proprietary abstracts of the winning proposals submitted by small businesses in response to NASA's 1990 SBIR Phase 1 Program Solicitation. The abstracts are presented under the 15 technical topics within which Phase 1 proposals were solicited. Each project was assigned a sequential identifying number from 001 to 280, in order of its appearance in the body of the report. The document also includes Appendixes to provide additional information about the SBIR program and permit cross-reference in the 1990 Phase 1 projects by company name, location by state, principal investigator, NASA field center responsible for management of each project, and NASA contract number

Space programs summary no. 37-59, volume 3, for the period 1 August to 30 September, 1969. Supporting research and advanced development

Technical research and development work for NASA space progra

Software defined radar system

Software defined radar concept and simulation -- Signal processing methods of synthetic software defined radar -- Mixer-based synthetic software defined radar -- Six-port-based syunthetic software defined radar -- Performance study of synthetic software defined radar

Ultra Wideband Communications: from Analog to Digital

Ultrabreitband-Signale (Ultra Wideband [UWB]) können einen signifikanten Nutzen im Bereich drahtloser Kommunikationssysteme haben. Es sind jedoch noch einige Probleme offen, die durch Systemdesigner und Wissenschaftler gelöst werden müssen. Ein Funknetzsystem mit einer derart großen Bandbreite ist normalerweise auch durch eine große Anzahl an Mehrwegekomponenten mit jeweils verschiedenen Pfadamplituden gekennzeichnet. Daher ist es schwierig, die zeitlich verteilte Energie effektiv zu erfassen. Außerdem ist in vielen Fällen der naheliegende Ansatz, ein kohärenter Empfänger im Sinne eines signalangepassten Filters oder eines Korrelators, nicht unbedingt die beste Wahl. In der vorliegenden Arbeit wird dabei auf die bestehende Problematik und weitere Lösungsmöglichkeiten eingegangen. Im ersten Abschnitt geht es um „Impulse Radio UWB”-Systeme mit niedriger Datenrate. Bei diesen Systemen kommt ein inkohärenter Empfänger zum Einsatz. Inkohärente Signaldetektion stellt insofern einen vielversprechenden Ansatz dar, als das damit aufwandsgünstige und robuste Implementierungen möglich sind. Dies trifft vor allem in Anwendungsfällen wie den von drahtlosen Sensornetzen zu, wo preiswerte Geräte mit langer Batterielaufzeit nötigsind. Dies verringert den für die Kanalschätzung und die Synchronisation nötigen Aufwand, was jedoch auf Kosten der Leistungseffizienz geht und eine erhöhte Störempfindlichkeit gegenüber Interferenz (z.B. Interferenz durch mehrere Nutzer oder schmalbandige Interferenz) zur Folge hat. Um die Bitfehlerrate der oben genannten Verfahren zu bestimmen, wurde zunächst ein inkohärenter Combining-Verlust spezifiziert, welcher auftritt im Gegensatz zu kohärenter Detektion mit Maximum Ratio Multipath Combining. Dieser Verlust hängt von dem Produkt aus der Länge des Integrationsfensters und der Signalbandbreite ab. Um den Verlust durch inkohärentes Combining zu reduzieren und somit die Leistungseffizienz des Empfängers zu steigern, werden verbesserte Combining-Methoden für Mehrwegeempfang vorgeschlagen. Ein analoger Empfänger, bei dem der Hauptteil des Mehrwege-Combinings durch einen „Integrate and Dump”-Filter implementiert ist, wird für UWB-Systeme mit Zeit-Hopping gezeigt. Dabei wurde die Einsatzmöglichkeit von dünn besetzten Codes in solchen System diskutiert und bewertet. Des Weiteren wird eine Regel für die Code-Auswahl vorgestellt, welche die Stabilität des Systems gegen Mehrnutzer-Störungen sicherstellt und gleichzeitig den Verlust durch inkohärentes Combining verringert. Danach liegt der Fokus auf digitalen Lösungen bei inkohärenter Demodulation. Im Vergleich zum Analogempfänger besitzt ein Digitalempfänger einen Analog-Digital-Wandler im Zeitbereich gefolgt von einem digitalen Optimalfilter. Der digitale Optimalfilter dekodiert den Mehrfachzugriffscode kohärent und beschränkt das inkohärente Combining auf die empfangenen Mehrwegekomponenten im Digitalbereich. Es kommt ein schneller Analog-Digital-Wandler mit geringer Auflösung zum Einsatz, um einen vertretbaren Energieverbrauch zu gewährleisten. Diese Digitaltechnik macht den Einsatz langer Analogverzögerungen bei differentieller Demodulation unnötig und ermöglicht viele Arten der digitalen Signalverarbeitung. Im Vergleich zur Analogtechnik reduziert sie nicht nur den inkohärenten Combining-Verlust, sonder zeigt auch eine stärkere Resistenz gegenüber Störungen. Dabei werden die Auswirkungen der Auflösung und der Abtastrate der Analog-Digital-Umsetzung analysiert. Die Resultate zeigen, dass die verminderte Effizienz solcher Analog-Digital-Wandler gering ausfällt. Weiterhin zeigt sich, dass im Falle starker Mehrnutzerinterferenz sogar eine Verbesserung der Ergebnisse zu beobachten ist. Die vorgeschlagenen Design-Regeln spezifizieren die Anwendung der Analog-Digital-Wandler und die Auswahl der Systemparameter in Abhängigkeit der verwendeten Mehrfachzugriffscodes und der Modulationsart. Wir zeigen, wie unter Anwendung erweiterter Modulationsverfahren die Leistungseffizienz verbessert werden kann und schlagen ein Verfahren zur Unterdrückung schmalbandiger Störer vor, welches auf Soft Limiting aufbaut. Durch die Untersuchungen und Ergebnissen zeigt sich, dass inkohärente Empfänger in UWB-Kommunikationssystemen mit niedriger Datenrate ein großes Potential aufweisen. Außerdem wird die Auswahl der benutzbaren Bandbreite untersucht, um einen Kompromiss zwischen inkohärentem Combining-Verlust und Stabilität gegenüber langsamen Schwund zu erreichen. Dadurch wurde ein neues Konzept für UWB-Systeme erarbeitet: wahlweise kohärente oder inkohärente Empfänger, welche als UWB-Systeme Frequenz-Hopping nutzen. Der wesentliche Vorteil hiervon liegt darin, dass die Bandbreite im Basisband sich deutlich verringert. Mithin ermöglicht dies einfach zu realisierende digitale Signalverarbeitungstechnik mit kostengünstigen Analog-Digital-Wandlern. Dies stellt eine neue Epoche in der Forschung im Bereich drahtloser Sensorfunknetze dar. Der Schwerpunkt des zweiten Abschnitts stellt adaptiven Signalverarbeitung für hohe Datenraten mit „Direct Sequence”-UWB-Systemen in den Vordergrund. In solchen Systemen entstehen, wegen der großen Anzahl der empfangenen Mehrwegekomponenten, starke Inter- bzw. Intrasymbolinterferenzen. Außerdem kann die Funktionalität des Systems durch Mehrnutzerinterferenz und Schmalbandstörungen deutlich beeinflusst werden. Um sie zu eliminieren, wird die „Widely Linear”-Rangreduzierung benutzt. Dabei verbessert die Rangreduzierungsmethode das Konvergenzverhalten, besonders wenn der gegebene Vektor eine sehr große Anzahl an Abtastwerten beinhaltet (in Folge hoher einer Abtastrate). Zusätzlich kann das System durch die Anwendung der R-linearen Verarbeitung die Statistik zweiter Ordnung des nicht-zirkularen Signals vollständig ausnutzen, was sich in verbesserten Schätzergebnissen widerspiegelt. Allgemeine kann die Methode der „Widely Linear”-Rangreduzierung auch in andern Bereichen angewendet werden, z.B. in „Direct Sequence”-Codemultiplexverfahren (DS-CDMA), im MIMO-Bereich, im Global System for Mobile Communications (GSM) und beim Beamforming.The aim of this thesis is to investigate key issues encountered in the design of transmission schemes and receiving techniques for Ultra Wideband (UWB) communication systems. Based on different data rate applications, this work is divided into two parts, where energy efficient and robust physical layer solutions are proposed, respectively. Due to a huge bandwidth of UWB signals, a considerable amount of multipath arrivals with various path gains is resolvable at the receiver. For low data rate impulse radio UWB systems, suboptimal non-coherent detection is a simple way to effectively capture the multipath energy. Feasible techniques that increase the power efficiency and the interference robustness of non-coherent detection need to be investigated. For high data rate direct sequence UWB systems, a large number of multipath arrivals results in severe inter-/intra-symbol interference. Additionally, the system performance may also be deteriorated by multi-user interference and narrowband interference. It is necessary to develop advanced signal processing techniques at the receiver to suppress these interferences. Part I of this thesis deals with the co-design of signaling schemes and receiver architectures in low data rate impulse radio UWB systems based on non-coherent detection.● We analyze the bit error rate performance of non-coherent detection and characterize a non-coherent combining loss, i.e., a performance penalty with respect to coherent detection with maximum ratio multipath combining. The thorough analysis of this loss is very helpful for the design of transmission schemes and receive techniques innon-coherent UWB communication systems.● We propose to use optical orthogonal codes in a time hopping impulse radio UWB system based on an analog non-coherent receiver. The “analog” means that the major part of the multipath combining is implemented by an integrate and dump filter. The introduced semi-analytical method can help us to easily select the time hopping codes to ensure the robustness against the multi-user interference and meanwhile to alleviate the non-coherent combining loss.● The main contribution of Part I is the proposal of applying fully digital solutions in non-coherent detection. The proposed digital non-coherent receiver is based on a time domain analog-to-digital converter, which has a high speed but a very low resolution to maintain a reasonable power consumption. Compared to its analog counterpart, itnot only significantly reduces the non-coherent combining loss but also offers a higher interference robustness. In particular, the one-bit receiver can effectively suppress strong multi-user interference and is thus advantageous in separating simultaneously operating piconets.The fully digital solutions overcome the difficulty of implementing long analog delay lines and make differential UWB detection possible. They also facilitate the development of various digital signal processing techniques such as multi-user detection and non-coherent multipath combining methods as well as the use of advanced modulationschemes (e.g., M-ary Walsh modulation).● Furthermore, we present a novel impulse radio UWB system based on frequency hopping, where both coherent and non-coherent receivers can be adopted. The key advantage is that the baseband bandwidth can be considerably reduced (e.g., lower than 500 MHz), which enables low-complexity implementation of the fully digital solutions. It opens up various research activities in the application field of wireless sensor networks. Part II of this thesis proposes adaptive widely linear reduced-rank techniques to suppress interferences for high data rate direct sequence UWB systems, where second-order non-circular signals are used. The reduced-rank techniques are designed to improve the convergence performance and the interference robustness especially when the received vector contains a large number of samples (due to a high sampling rate in UWB systems). The widely linear processing takes full advantage of the second-order statistics of the non-circular signals and enhances the estimation performance. The generic widely linear reduced-rank concept also has a great potential in the applications of other systems such as Direct Sequence Code Division Multiple Access (DS-CDMA), Multiple Input Multiple Output (MIMO) system, and Global System for Mobile Communications (GSM), or in other areas such as beamforming

Enhancement of student learning in the lecture theatre by means of a radio frequency feedback system

The principal formal teaching mechanism of universities is the lecture - a cost efficient format where hundreds of students may be taught by a single lecturer. Lectures' learning outcome is less certain; the lecturer has little ability to appraise the nature of the audience's understanding. The introduction of an electronic communication path from students to the lecturer mitigates this disjuncture. This communication path has been introduced and was found to be extensively used during a series of lectures, with each student provided with a handset that is reliable, inexpensive and portable. Upon these handsets are buttons; the data is transmitted at radio frequencies to the lecturer, aggregated and displayed graphically for quick assimilation. It has been recognised that this communication path permits the direct measurement of student's educational behaviour without disturbing the lecture itself. Preliminary results indicating the value of this research methodology have been obtained. A significant correlation was identified between the percentage of questions during the lecture students answered correctly and their previous year's overall academic mark. A correlation was identified between the number of times students initiate communication with the lecturer and the number of questions during the lecture they answered correctly. Mixed evidence was found regarding a possible correlation between the evidence of satisfaction with their learning students provided using the system and the number of questions during the lecture they answered correctly. The introduction of an electronic communication path into lectures has proved to be an innovation deserving of further research and wider introduction into teaching practice

Proceedings of the Second International Mobile Satellite Conference (IMSC 1990)

Presented here are the proceedings of the Second International Mobile Satellite Conference (IMSC), held June 17-20, 1990 in Ottawa, Canada. Topics covered include future mobile satellite communications concepts, aeronautical applications, modulation and coding, propagation and experimental systems, mobile terminal equipment, network architecture and control, regulatory and policy considerations, vehicle antennas, and speech compression