In order to improve the drawback of the high peak-to-average power ratio (PAPR) on the multi-carrier systems, in this paper we derive a statistical characterization approach of the time domain signal power variance metric by means of every user¡¦s spreading code combination and subcarrier scrambling. We obviously reduce the PAPR on the multi-carrier code division multiple access (MC-CDMA) systems by resorting the combination of spreading codes and scrambling the polarities of subcarriers. Due to the large calculative number of exhaustive search, we use a low complexity Replacement Search Method (RSM) to reduce the calculation times of searching, and obtain a good result. Moreover, we can get a better PAPR reduction performance by increasing the number of iteration.

Dans la recherche de modulations adaptées à la voie descendante des réseaux cellulaires 4G, i.e. permettant le transfert de données à haut débit tout en garantissant une grande mobilité aux utilisateurs, les systèmes MC-CDMA s'affirment aujourd'hui comme des solutions à fort potentiel. Ces techniques reposent sur la combinaison des modulations à porteuses multiples et l'étalement de spectre qui permet l'accès multiple par répartition de code. En parallèle, les sytèmes MIMO constituent une nouvelle voie très prometteuse améliorant notablement l'efficacité spectrale des systèmes hertziens via la dimension spatiale. Cette thèse porte sur l'optimisation des systèmes MIMO/MC-CDMA par l'étude des codes temps-espace en blocs (STBC)ou en treillis (STTC).<br /><br />Après un état de l'art relativement exhaustif des systèmes MIMO en général et des codes temps-espace en particulier, nous proposons de nouveaux codes STBC orthogonaux, puis une représentation polynômiale permettant la comparaison des codes STTC existants. La combinaison STBC/MC-CDMA étudiée ensuite améliore sensiblement les performances d'un système MC-CDMA SISO tout en autorisant un décodage relativement simple. Leur optimisation repose sur des techniques de détection mono-utilisateurs ou multi-utilisateurs. Leur performances sont évaluées dans des configurations MISO ou MIMO, aussi bien sur des canaux théoriques que sur des canaux réalistes. Enfin, la combinaison STTC/MC-CDMA est étudiée.

Les futurs systèmes de radiocommunications devront proposer des services nécessitant des transferts de données à haut débit, tout en garantissant une grande mobilité aux utilisateurs. Pour y parvenir, de nouvelles techniques de traitement de signal doivent être mises en oeuvre. Une de ces approches constituant actuellement un axe important de la recherche dans ce domaine est la technique MC-CDMA. Cette dernière repose sur la combinaison de deux techniques : les modulations à porteuses multiples et l'étalement de spectre. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse ont pour buts l'étude et l'optimisation des systèmes de communications mettant en oeuvre cette technique MC-CDMA.<br /><br />Après une présentation générale des différentes façons de combiner les techniques de modulations à porteuses multiples et d'étalement de spectre, les performances des systèmes MC-CDMA sont présentées sur des canaux de Rayleigh et BRAN dans le cas de détection mono-utilisateur et multi-utilisateur.<br /><br />Puis, l'influence des codes d'étalement sur la variation de la dynamique de l'enveloppe du signal émis, et sur l'interférence produite par la cohabitation des données de plusieurs utilisateurs sur les mêmes ressources fréquentielles et temporelles est étudiée. Pour cela, nous nous sommes intéressés aux variations de l'enveloppe des sisgnaux MC-CDMA à travers l'étude du facteur de crête et du facteur de crête global. Ces quantités permettent d'estimer les fluctuations du signal transmis respectivement en voie montante et descendante. En ce qui concerne la minimisation de l'interférence d'accès multiple, une technique reposant sur l'allocation des séquences d'étalement est décrite et plusieurs critères de sélection des codes d'étalement sont proposés.<br /><br />Enfin, une attention particulière est portée à l'optimisation de la voie montante des systèmes MC-CDMA. Afin d'éviter l'insertion de Nu jeux de sous-porteuses pilotes servant à estimer les Nu canaux de la voie montante, une solution reposant sur le principe de la réciprocité du canal radiomobile est ici proposée. Cette alternative consiste à effectuer une prédistorsion du signal utile dans le terminal avant son émission. Deux variantes sont envisagées, la première repose sur un multiplexage temporel des voies montante et descendante alors que la seconde repose sur un multiplexage fréquentiel de ces deux voies.

In this thesis, the problem of multiple access interference (MAI) suppression for the multi-carrier (MC) code division multiple access (CDMA) system, based on the multi-carrier modulation with modified Gaussian wavelet, associated with the combining process is investigated for Rayleigh fading channel. The main concern of this thesis is to derive a new scheme, based on the linearly constrained constant modulus (LCCM) criterion with the robust inverse QR decomposition (IQRD) recursive least squares (RLS) algorithm to improve the performance of the wavelet-based MC-CDMA system with combining process. To verify the merits of the new algorithm, the effect due to imperfect channel parameters estimation and near-far effect are investigated. We show that the proposed robust LCCM IQRD-RLS algorithm outperforms the conventional LCCM-gradient algorithm, in terms of output SINR, for MAI suppression under channel mismatch environment. Also, the performance of the modified Gaussian wavelet-based MC-CDMA system is superior to the one with wavelet-based MC-CDMA system. It is more robust to the channel mismatch and near-far effect. Moreover, the modified Gaussian wavelet-based MC-CDMA system with robust LCCM IQRD-RLS algorithm does have better performance over other conventional approaches, such as the LCCM-gradient algorithm, maximum ratio combining (MRC), and blind adaptation algorithm, in terms of the capability of MAI suppression and bit error rate (BER).

L'ultra large bande (UWB) est une nouvelle technologie à fort potentiel pour les futurs réseaux personnels WPAN (wireless personal area networks) à très haut débit et faible portée. L'objectif de cette thèse est de proposer un nouveau système UWB, de type LP-OFDM (linear precoded orthogonal frequency division multiplexing) pour les applications WPAN, visant à améliorer la solution MB-OFDM (multiband OFDM), supportée par l'Alliance WiMedia.<br />Dans un premier temps, une étude analytique est menée sur l'apport de la composante de précodage au système UWB, cette composante se réduisant en pratique à une simple addition d'une matrice d'étalement fréquentiel. La fonction de précodage est ensuite optimisée et différentes stratégies d'allocation dynamique des ressources sont étudiées. En considérant une approche classique tenant compte du taux d'erreur symbole (TES) ainsi qu'une nouvelle approche tenant compte du taux d'erreur binaire (TEB) moyen, différents algorithmes d'allocation dynamique visant à maximiser la portée ou le débit du système, ou à minimiser le TEB moyen du système, sont proposés. Les résultats analytiques montrent l'avantage d'utiliser une composante de précodage pour les applications UWB dont le canal est très sélectif en fréquence.<br />Dans un second temps, une étude système complémentaire à l'étude analytique est réalisée pour le système LP-OFDM UWB. Une composante MIMO est ajoutée au système, d'une part pour augmenter la portée du système à bas et moyen débit, et d'autre part pour augmenter le débit du système qui peut atteindre dans ce cas 1 gigabit/s. Les résultats de simulation sur le système proposé montrent que ce système est plus performant que le système MB-OFDM pour les débits déjà proposés dans la norme, et qu'il offre un débit deux fois plus important que ceux de la norme avec même une meilleure performance en terme de TEB.

L'ultra large bande (UWB) est une nouvelle technologie à fort potentiel pour les futurs réseaux personnels WPAN (wireless personal area networks) à très haut débit et faible portée. L'objectif de cette thèse est de proposer un nouveau système UWB, de type LP-OFDM (linear precoded orthogonal frequency division multiplexing) pour les applications WPAN, visant à améliorer la solution MB-OFDM (multiband OFDM), supportée par l'Alliance WiMedia.<br />Dans un premier temps, une étude analytique est menée sur l'apport de la composante de précodage au système UWB, cette composante se réduisant en pratique à une simple addition d'une matrice d'étalement fréquentiel. La fonction de précodage est ensuite optimisée et différentes stratégies d'allocation dynamique des ressources sont étudiées. En considérant une approche classique tenant compte du taux d'erreur symbole (TES) ainsi qu'une nouvelle approche tenant compte du taux d'erreur binaire (TEB) moyen, différents algorithmes d'allocation dynamique visant à maximiser la portée ou le débit du système, ou à minimiser le TEB moyen du système, sont proposés. Les résultats analytiques montrent l'avantage d'utiliser une composante de précodage pour les applications UWB dont le canal est très sélectif en fréquence.<br />Dans un second temps, une étude système complémentaire à l'étude analytique est réalisée pour le système LP-OFDM UWB. Une composante MIMO est ajoutée au système, d'une part pour augmenter la portée du système à bas et moyen débit, et d'autre part pour augmenter le débit du système qui peut atteindre dans ce cas 1 gigabit/s. Les résultats de simulation sur le système proposé montrent que ce système est plus performant que le système MB-OFDM pour les débits déjà proposés dans la norme, et qu'il offre un débit deux fois plus important que ceux de la norme avec même une meilleure performance en terme de TEB.

In the context of broadband wireless communications using code division multiple access (CDMA), the main multiple access (MA) options include single-carrier direct sequence CDMA (SC-DS-CDMA) using time-domain direct sequence spreading [1, p. 728], multicarrier CDMA (MC-CDMA) using frequency-domain spreading [2, 3] and multicarrier DS-CDMA (MC-DS-CDMA) using time-domain direct sequence spreading of the individual sub-carrier signals [4, 5]. It was shown in [6] that MC-DS-CDMA has the highest degrees of freedom in the family of CDMA schemes that can be beneficially exploited during the system design and reconfiguration procedures. An amalgam of MC-CDMA and MC-DS-CDMA known as time and frequency domain spreading (TF-domain spreading) MC-DS-CDMA was proposed in [6]. TF-domain spreading MC-DS-CDMA has several benefits over conventional MC-DS-CDMA with regard to both capacity and performance [7]. However, in contrast to conventional MC-DS-CDMA, TF-domain spreading MC-DS-CDMA introduces MUI, which necessitates the use of joint detection at the receiver. Recently, multiple input multiple output (MIMO) or multi-antenna TF-domain spreading MC-DS-CDMA schemes have been proposed in the literature that e ciently exploit both the spatial and frequency diversity available in MIMO frequency-selective channels [8, 9]. Although an extensive amount of research has been done on single and multi-antenna TF-domain spreading MC-DS-CDMA schemes that achieve both spatial and frequency diversity in frequency-selective slow fading channels [6–9], very little research considers the time-selectivity of the wireless channels encountered. Thus, the above-mentioned schemes may not be su ciently e cient, when communicating over wireless channels exhibiting both frequency-selective and time-selective fading. There are very few MC-DS-CDMA schemes in the literature that consider the time-selectivity of the wireless channels encountered. This study considers the design of single and multi-antenna TF-domain spreading MC-DS-CDMA, for frequency-selective block-fading channels, which are capable of exploiting the full diversity available in the channel (i.e. spatial, frequency and temporal diversity), using various methods of joint detection at the receiver. It has been shown that the diversity gain in block-fading channels can be improved by coding across multiple fading blocks [10–12]. Single-antenna TF-domain spreading MC-DS-CDMA is considered for the quasi-synchronous uplink channel, and multi-antenna TF-domain spreading MC-DS-CDMA is considered for the synchronous downlink channel. Numerous simulated bit error rate (BER) performance curves, obtained using a triply selective MIMO channel platform, are presented in this study using optimal and sub-optimal joint detection algorithms at the receiver. In addition, this study investigates the impact of spatial correlation on the BER performance of the MC-DS-CDMA schemes considered. From these simulated results, one is able to conclude that TF-domain spreading MC-DS-CDMA designed for frequency-selective block-fading channels performs better than previously proposed schemes designed for frequency-selective slow fading channels, owing to the additional temporal diversity exploited under the block-fading assumption. AFRIKAANS : In die konteks van bre¨eband- draadlose kommunikasie deur die gebruik van kodeverdelingveelvuldige toegang (KVVT) behels die belangrikste veelvuldigetoegang- (VT) opsies enkel-draer direkte-sekwensie KVVT (ED-DS-KVVT), deur die gebruik van tyd-domein direkte sekwensie-verspreiding [1, p. 728], veelvuldigedraer-KVVT (VD-KVVT) deur die gebruik van frekwensiedomein-verspreiding [2, 3] en VD-DS- KVVT deur die gebruik van tyd-domein direkte sekwensie-verspreiding van die individuele sub-draerseine [4, 5]. Daar is in [6] aangetoon dat VD-DS-KVVT die hoogste vlakke van vryheid in die familie KVVT-skemas het wat voordelig benut kan word gedurende sisteemontwerp en rekonfigurasieprosedures. ’n Amalgaam van VD-KVVT en VD-DS-KVVT bekend as tyd-en-frekwensiedomeinverspreiding (TF-domeinverspreiding) VD-DS-KVVT is voorgestel in [6]. TF-domeinverspreiding VD-DS-KVVT het verskeie voordele bo konvensionele VD-DS-KVVT wat sowel kapasiteit as werkverrigting betref [7]. In teenstelling met konvensionele VD-DS-KVVT benut TF-domeinverspreiding VD-DS-KVVT multi-gebruiker-interferensie, wat die gebruik van gesamentlike opsporing by die ontvanger noodsaak. In die onlangse verlede is in die literatuur veelvuldige-inset-veelvuldige-uitset- (VIVU) of veelvuldige-antenna TF-omeinverspreiding VD-DS-KVVT-skemas voorgestel wat sowel die ruimtelike as frekwensiediversiteit wat in VIVU frekwensie-selektiewe kanale beskikbaar is, e ektief gebruik [8, 9]. Hoewel uitgebreide navorsing onderneem is oor enkel- en multi-antenna TF-domeinverspreiding VD-DS-KVVT-skemas wat sowel ruimtelike as frekwensie diversiteit in frekwensie-selektiewe stadig deinende kanale bereik [6–9], oorweeg baie min navorsing die tyd-selektiwiteit van die draadlose kanale wat betrokke is. Bogenoemde skemas mag dus nie e ektief genoeg wees nie wanneer kommunikasie plaasvind oor draadlose kanale wat sowel frekwensie-selektiewe as tyd-selektiewe wegsterwing toon. Baie min VD-DS-KVVT-skemas in die literatuur skenk aandag aan die tyd-selektiwiteit van die betrokke draadlose kanale. Die studie ondersoek die ontwerp van enkel- en multi-antenna TF-domeinverspreiding VD-DS-KVVT vir frekwensie-selektiewe blokwegsterwingkanale, wat in staat is om die volle diversiteit wat in die kanaal beskikbaar is, te benut (i.e. ruimtelike, frekwensie- en tyddiversiteit), deur die gebruik van verskeie metodes van gesamentlike opsporing by die ontvanger. Daar is aangetoon dat die diversiteitwins in blokwegsterwingkanale verbeter kan word deur kodering oor veelvuldige deinende blokke [10–12]. Enkel-antenna TF-domeinverspreiding VD-DS-KVVT word oorweeg vir die kwasi-sinchroniese opverbinding-kanaal, en multi-antenna TF-domeinverspreiding VD-DS-KVVT vir die sinchroniese afverbinding-kanaal. Talryke gesimuleerde bisfouttempo (BFT) werkverrigtingkurwes wat verkry is deur die gebruik van ’n drie-voudige selektiewe VIVU-kanaalplatform, word in hierdie studie aangebied, deur die gebruik van optimale en sub-optimale gesamentlike opsporingsalgoritmes by die ontvanger. Daarbenewens ondersoek hierdie studie die impak van ruimtelike korrelasie op die BFT-werkverrigring van die VD-DS-KVVT-skemas wat oorweeg word. Uit hierdie gesimuleerde resultate is dit moontlik om tot die gevolgtrekking te kom dat TF-domeinverspreiding VD-DS-KVVT wat ontwerp is vir frekwensie-selektiese blokwegsterwingkanale beter werkverrigting toon as vroe¨er voorgestelde skemas wat ontwerp is vir frekwensie-selektiewe stadig deinende kanale, te danke aan die ekstra tyddiversiteit wat deur die blokwegsterwing-aanname benut word. Copyright / Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2010. / Electrical, Electronic and Computer Engineering / unrestricted