Caractérisation et modélisation d'un canal "Indoor" Ultra Large Bande basées sur une approche de la théorie de l'information et sur l'algorithme SAGE

Abstract

L'objectif principal de ce travail de thèse est d'offrir un ensemble d'outils permettant aux chercheurs et aux industriels dans le domaine des communications Ultra Large Bande (ULB) d'examiner et évaluer les performances des transmissions mobiles en se basant sur le modèle proposé. La caractérisation et la modèlisation des canaux de propagation sont indispensables pour la conception et l'implémentation des systèmes de communications. Cette caractérisation donne naissance à des modèles qui seraient utilisés pour la prédiction et l'évaluation de niveaux de puissance et les interférences, ainsi que pour analyser d'autres propriétés des liaisons radio. Dans les systèmes de communications mobiles, notamment la technologie ULB, les canaux ne sont pas caractérisés par un modèle universel unique. Ce travail donc a pour objectif de mettre en place une évaluation de tous les paramètres éventuellement pris en compte lors de modélisation du canal. Le travail est subdivisé en deux parties majeures, la première a été consacrée au le volet expérimental de l'étude, l'ensemble des mesures que nous avons a faites se sont basées sur deux modes de topologies: Avec visibilité directe (ou Line Of Sight) et Sans visibilité directe (Non Line Of Sight) entre l'émetteur et le récepteur. Pour faire le sondage, nous nous sommes servis d'un analyseur vectoriel des réseaux et des antennes omnidirectionnelles. A la fin de la récolte des mesures expérimentales, la fonction densité de probabilité (PDF) et la fonction de distribution cumulative (CDF) du signal reçu sont évaluées. Une évaluation de la variation de la puissance en est déduite . Une étude des effets à grandes et à petites échelles montrent bien qu'il n'y a pas de dépendance entre la fréquence et la perte par propagation (ou Path Loss), par contre, la corrélation entre elle n'est pas négligeable. L'étude a montré, que les effets à petites échelles peuvent être représentés par une distribution de Rayleigh tandis que Les effets d'évanouissement sur la majorité des mesures suivent une distribution Lognormal. La seconde partie porte sur l'évaluation et la présentation d'une nouvelle approche qui consiste en une caractérisation des statistiques d'ordre deux d'un canal ULB en utilisant les technique de sondage canal. Cette approche est basée sur une décomposition en sous espaces propres de la matrice d'auto covariance du canal afin d'évaluer l'évolution des degrés de liberté (DDL) en fonction de la bande du signal, et aussi, pour analyser la corrélation entre les multi trajets de propagation. Nous déduisons une distribution empirique des valeurs propres du canal en fonction la largeur de la bande pour les deux cas de figures LOS et NLOS. L'étude de l'évolution de nombre du DDL en fonction de la largeur de bande a montré une saturation à partir d'une certaine bande de fréquence. Pour confirmer ce résultat, nous avons fait appel aux fondements de la théorie d'information en se basant, d'une part, sur les deux critères Akaik Information Cretirion (AIC) et Maximum Description length (MDL) tout en examinant le comportement en fonction de la fréquence, puis, comparé ceci avec une autre approche basée sur l'étalement du retard ( ou delay spread) et d'autre part, nous avons évalué la fonction d'entropie en fonction de la fréquence qui a montré aussi une saturation du nombre de degrés de liberté. Ainsi, vu que les systèmes ULB sont très sensibles aux effets de transmissions de réflexions et de diffractions, il est très important de mettre en évidence l'influence de ces phénomènes dans le processus de propagation. Pour cela, nous avons analysé, par une série de simulations, les différents mécanismes cités ci-dessus en fonction de la largeur de la bande et la nature des obstacles qui les causent. Cette analyse, nous a permis, donc, de pouvoir proposer un nouveau model de canal moyennant l'algorithme de Space Alternating Generalized Expectation Maximization (SAGE). Les résultats obtenus ont été comparés et validés avec les mesures expérimentales.