Techniques d'accès multiple avec changements d'horloge périodiques

Motivations : Cette thèse a commencé en novembre 2003 et représente la suite de travaux réalisés dans notre laboratoire (quatre thèses déjà présentées). Le sujet de recherche de ces thèses est l'utilisation des filtres linéaires périodiquement variant dans le temps (Linear Periodic Time-Varying: LPTV) dans les communications analogiques et numériques. L'objectif de cette thèse consiste à appliquer les changements d'horloge périodiques (Periodic Clock Changes: PCCs), en tant que cas particulier des filtres LPTV, à la conception des systèmes d'accès multiple. L'étude s'est focalisée sur une classe de PCCs: les entrelaceurs bloc (entrelaceurs matriciels, entrelaceurs circulaires et permutations aléatoires). Après une étude bibliographique sur les filtres LPTV et les systèmes d'accès multiple existants, nous étudions deux systèmes d'accès multiple fondés sur des entrelaceurs bloc. Accès multiple avec filtres LPTV : Un premier système d'accès multiple fondé sur des entrelaceurs bloc déterministes (entrelaceurs matriciels et circulaires) est proposé. Après mise en forme, les utilisateurs sont modulés sur des porteuses disjointes, ce qui permet d'en assurer l'orthogonalité. Les échantillons du signal modulé sont ensuite entrelacés par un entrelaceur bloc, identique pour chaque utilisateur. A la sortie de l'entrelaceur un signal à spectre étalé est obtenu. Dans les canaux à multitrajets, la chaîne de transmission avec entrelaceurs bloc est équivalente à une somme de PCCs. A partir de ce résultat, une technique d'annulation du caractère variant dans le temps de la somme des PCCs a été proposée. On peut montrer que l'interférence multi-utilisateur est nulle, lorsque les utilisateurs sont quasi-synchrones. Des techniques d'égalisation adaptées à notre système d'accès multiple ont été proposées. Les performances du système ont été comparées avec d'autres techniques d'accès multiple (dont Direct Sequence Code Division Multiple Access: DS-CDMA, Chip Interleaved Block Spread-CDMA: CIBS-CDMA et Multi Carrier-CDMA: MC-CDMA). Basé sur l'équivalence du modulateur et de l'entrelaceur avec un filtre LPTV, un algorithme de synchronisation a été proposé. Cet algorithme utilise la variation de la puissance reçue en fonction de la désynchronisation entre systèmes d'émission et de réception. On peut ainsi employer une boucle d'avance-retard pour synchroniser le récepteur. Accès multiple avec permutations aléatoires : Un second système d'accès multiple fondé sur des permutations aléatoires est ensuite étudié. Les bits d'information sont codés par un code à répétition (filtre de mise en forme) et ensuite entrelacés par une permutation aléatoire. Les permutations sont différentes pour chaque utilisateur, permettant ainsi d'obtenir l'orthogonalité des utilisateurs. Dans des canaux à multitrajets, une technique d'ajout de zéros permet d'éliminer l'interférence entre des blocs de chips adjacents. Ainsi, des techniques itératives de réception peuvent être utilisées. Tout d'abord, les performances du système ont été comparées avec la technique d'accès multiple DS-CDMA en utilisant un récepteur non-itératif de type Rake. La dernière partie de la thèse est consacrée aux techniques de réception itératives adaptées à la technique d'accès multiple proposée. Dans un premier temps, les techniques de turbo égalisation dans un contexte mono-utilisateur sont étudiées, puis les techniques de détection turbo sont abordées dans un contexte multi-utilisateur. La convergence des techniques de réception itératives est évaluée par les diagrammes EXtrinsic Information Transfer (EXIT). Les résultats obtenus dans cette thèse ont été publiés dans plusieurs conférences : ICASSP 2004, Montreal, Canada ; EUSIPCO 2004, Vienna, Austria ; EUSIPCO 2005, Antalya, Turkey ; Communications 2006, Bucharest, Romania ; EUSIPCO 2006, Florence, Italy. ABSTRACT : Motivations : This thesis has begun in November 2003 and represents a continuation of the works realized in our laboratory (four thesis already presented). The research subject of these thesis is the use of Linear Periodic Time-Varying (LPTV) filters in digital communications. The aim of our research consists in the application of Periodic Clock Changes (PCCs) for the design of multiple access systems. Our study is focalized on a class of PCCs: block interleavers (matrix interleavers, circular interleavers and random permutations). First a bibliographical study on LPTV filters and existing multiple access systems is realized and then we study two multiple access systems based on block interleavers. Multiple access with LPTV filters : A first multiple access system based on deterministic block interleavers (matrix interleavers and circular interleavers) is proposed. After the pulse shaping, the users are modulated with orthogonal carrier frequencies in order to ensure users' orthogonality. The samples of the modulated signal are then interleaved by a matrix interleaver, the same for each user. At the interleaver output a spread spectrum signal is obtained. In multipath channels the transmission chain with matrix interleavers is equivalent with a sum of PCCs. Based on this result, a cancellation technique of the time-varying nature of the sum of PCCs was proposed. It can be shown that there is no multi-user interference, when the users are quasi-synchronous. Equalization techniques adapted for our multiple access system were proposed. System performances were compared with other multiple access techniques (DS-CDMA and CIBS-CDMA). Based on the equivalence of the modulator and matrix interleaver with an LPTV filter, a synchronization algorithm was proposed. This algorithm uses the variation of the received power as a function of the desynchronisation between the emission and reception systems. One can use a delay-locked loop in order to synchronize the receiver. Multiple access with random permutations : A second multiple access system based on random permutations was studied. The information bits are coded by a repetition code (shaping filter) and then interleaved by a random permutation. The permutations are different for each user and make it possible to obtain users' orthogonality. In multipath channels a Zero Padding (ZP) technique allows the elimination of the interference between successive blocks of chips after multipath propagation. The system performances were studied using a Rake type receiver. The last part of the thesis is devoted to iterative reception techniques adapted to the proposed multiple access technique. Initially, turbo equalization techniques in a mono-user context are studied, then turbo detection techniques are approached in a multi-user context. The convergence of the iterative reception techniques is evaluated by EXtrinsic Information Transfer (EXIT) charts. The results obtained in this thesis have been published in several conferences: ICASSP 2004, Montreal, Canada; EUSIPCO 2004, Vienna, Austria; EUSIPCO 2005, Antalya, Turkey; Communications 2006, Bucharest, Romania; EUSIPCO 2006, Florence, Italy

Journal of Telecommunications and Information Technology, 2013, nr 1

kwartalni