Pour certaines applications, le besoin de recourir à des communications furtives est essentiel, notamment pour des transmissions militaires. Le canal acoustique sous-marin est un milieu naturellement très bruité. Il est sujet à de nombreuses sources de bruits, de réfections et de réfractions des ondes acoustiques qui font apparaître des trajets multiples. En tenant compte de l'aspect multi-trajets du canal sous-marin et de l'émission d'ondes acoustiques peu détectables pour les besoins de notre application, nous avons proposé un système de transmission basé sur l'étalement de spectre par séquence directe et de l'accès multiple à répartition par codes. Nous avons présenté les récepteurs adaptés à cette méthode de transmission et nous avons étudié leurs performances pour des canaux multi-trajets avec de l'interférence multi-utilisateurs. La structure de ces récepteurs permet à la fois d'estimer les paramètres des canaux multi-trajets par l'application d'un banc de filtres adaptés aux signaux d'étalements des différents utilisateurs et de profiter de la diversité spatiale du canal sous-marin grâce à une recombinaison cohérente de l'énergie des différents trajets, après l'estimation du canal. L'estimation des temps des retards et des amplitudes sont obtenues à la sortie des filtres adaptés aux signaux des utilisateurs, au rythme symbole. Nous montrons qu'il est possible d'améliorer les performances du système en appliquant une méthode de suppression successive de l'interférence. Les résultats obtenus montrent que le système proposé permet de garantir de très bonnes performances à des rapports signal à bruit très faible, avec une convergence rapide en seulement trois étages d'itérations. Enfin, nous proposons d'introduire un codage de canal afin d'améliorer les performances en termes de robustesse grâce à des codes correcteurs d'erreurs. Certains des algorithmes développés au cours de cette thèse ont finalement été testés sur des données réelles, ce qui a permis notamment de démonter en pratique les bonnes performances du système. Le dépouillement des données réelles a permis de mettre en évidence le profil des canaux multi-trajets dans les zones d'expérimentation. Comme l'estimation du canal et la détection des signaux peuvent être coûteuses en temps de calcul, nous proposons de tenir compte du profil réel des canaux multi-trajets et de réduire le nombre des trajets à considérer selon la puissance du trajet principal d'une manière adaptative.

[pt] Este trabalho tem como objetivo avaliar alguns aspectos da utilização de antenas adaptativas em um sistema celular digital CDMA. Uma das razões para isto é que as antenas adaptativas reduzem a interferência que no sistema CDMA influencia direta e fortemente a capacidade do sistema. Inicialmente foi feito um resumo dos princípios gerais dos arranjos de antenas de sistemas celulares digitais e de algoritmos de adaptação. Com base nestes princípios, é analisada a aplicação específica a sistemas CDMA, estabelecendo-se uma modelagem do receptor incluindo o receptor Rake. É avaliado então através de simulação o comportamento de dois importantes métodos de filtragem espacial adaptativa para sistemas CDMA. / [en] This work aims to evaluate some aspects of the use of adaptive arrays in digital celular CDMA systems. One reason for that is that adaptive arrays reduce the interference which strongly affects the performance of the system. First the general principles of adaptive antennas, digital cellular systems and adaptation algorithm are sumarized. Based on that principles, the application to CDMA systems is addressed, and a receiver model is developed, including the Rake receiver. Then the behavior of two filtering techniques is evaluated through computer simulation. / [es] Este trabajo tiene como objetivo evaluar algunos aspectos de la utilización de antenas adaptativas en un sistema celular digital CDMA. Una de las razones para esto es que las antenas adaptativas reducen la interferencia, que en el sistema CDMA influeye directa y fuertemente em la capacidad del sistema. Inicialmente se realizó un resumen de los principios generales de los arranjos de antenas de sistemas celulares digitales y de algoritmos de adaptación. Con base en estos princípios, se analiza la aplicación específica a sistemas CDMA, estableciendo una modelaje del receptor incluindo el receptor Rake. Se evalúa a través de simulación el comportamiento de dos importantes métodos de filtraje espacial adaptativa para sistemas CDMA.

As the demand for wireless communication systems has exploded over the past few years, many researchers have taken on the challenge to model wireless channels more accurately. These models are very useful for enhancing the design of all aspects of wireless communications. Smart antennas and systems used in position location are among the most popular new studies that require signal information such as the amplitude, phase, and angle-of-arrival (AOA) of multipath delay spreads. For proper and efficient implementation of future systems, emerging wireless systems must be able to exploit processing of spatial information. The goal of the work presented in this thesis is to further improve two channel modeling tools, SMRCIM and SIRCIM, by implementing new geometrical models that provide users with angle-of-arrival information as well as amplitude and phase data for wideband wireless communication channels. The new angle-of-arrival models are explained and pseudo code is provided to demonstrate the software implementation of the models. Likewise, the channel models are explained and the usage and results of the simulation tools are described. The SMRCIM and SIRCIM tools are currently being used by researchers throughout the world. <i>[Vita removed March 5, 2012. Gmc]</i> / Master of Science

Ce rapport de thèse présente des nouvelles méthodes d'émission et de réception basées sur les transmissions ULB pour les canaux à antennes multiples. Pour les systèmes ULB il devient excessivement difficile de récupérer l'information de phase et les codes espace-temps existants ne peuvent pas être appliqués. Pour résoudre ce problème, nous proposons la construction de nouvelles familles de codes espace-temps pour les systèmes ULB impulsionnels. Dans un premier temps, les outils mathématiques basés sur les algèbres cycliques de division ont été adaptés pour la construction d'un schéma de codage totalement réel. Dans un deuxième temps, nous avons proposé une autre famille de codes basée sur l'introduction du codage conjoint symbole-impulsion. Finalement, nous proposons des nouvelles constructions spécifiques aux modulations de positions ou aux modulations conjointes de position et d'amplitude. Ces constructions permettent d'obtenir une famille de code présentant les meilleures performances parmi tous les schémas de codage espace-temps ULB existant dans la littérature. Dans certains cas, cette famille de codes totalement réels satisfait toutes les contraintes de construction des codes parfaits. Enfin, nous nous sommes intéressés à des constructions de codes distribués pour les systèmes ULB coopératifs. Nous présentons des nouvelles techniques de coopération pour les stratégies type "amplify-and-forward" et "decode-and-forward". Nous présentons une analyse analytique, semi-analytique et numérique des solutions proposées sur des canaux ULB sélectifs en fréquence. Nous présentons aussi des schémas pratiques de transmission, réception et décodage des systèmes multi-antennes ULB.

L'UMTS est un nouveau standard de radiocommunications mobiles destiné à résoudre les problèmes des actuels réseaux de deuxième génération, proches localement de la saturation et limités dans leur offre de services multimédias par les faibles débits utiles supportés. L'UMTS représente une rupture technologique importante et nécessite un effort particulier pour la réa- lisation des équipements, car la complexité des traitements à effectuer a augmenté dans des proportions considérables. Les terminaux 3G, par exemple, devront embarquer une puissance de calcul supérieure de plus d'un ordre de grandeur à celle embarquée par leurs prédécesseurs. Après avoir introduit l'UMTS et une de ses interfaces radios, le Wideband CDMA, nous avons identifié l'estimation par le terminal du canal radiomobile par lequel a transité le signal émis par la station de base comme étant une des tâches susceptibles d'entraîner le plus grand nombre d'opérations à effectuer. Une solution originale à ce problème est proposée sous la forme d'un algorithme d'estimation itérative de canal à suppression de trajets. La complexité calculatoire de cet algorithme a l'inconvénient majeur de varier avec le carré du facteur de suréchantillonnage, ce qui empêche de travailler avec une valeur élevée de celui-ci, et par consé- quent ne permet pas d'obtenir une grande précision quant à l'estimation des instants d'arrivée des trajets. Ce problème est résolu en introduisant une version optimisée de cet algorithme, dont la complexité varie linéairement avec le facteur de suréchantillonnage. Conserver une com- plexité raisonnable tout en travaillant avec des facteurs de suréchantillonnage élevés devient réaliste, ce qui permet d'accéder à coût égal à une précision plus élevée qu'avec l'algorithme origininal. De plus, cette optimisation simplifie les opérations élémentaires effectuées par l'algo- rithme, ce qui a pour conséquence de rendre son implémentation sur une architecture hybride matérielle-logicielle plus efficace que son implémentation sur un seul processeur de signal. Une méthodologie de conception au niveau système est ensuite proposée pour réaliser cette architecture hybride dans un but de prototypage rapide. Cette méthodologie, bâtie autour du logiciel N2C, de la société CoWare, utilise un langage de haut niveau, surensemble du langage C auquel ont été rajoutées les constructions nécessaires pour décrire des architectures matérielles. L'algorithme est partitionné en une partie logicielle s'exécutant sur un cœur de DSP ST100 et un coprocesseur réalisé en logique câblée. De sévères incompatibilités logicielles ont empêché la réalisation de cette architecture hybride selon la méthodologie proposée, mais des résultats intéressants ont néanmoins été obtenus à partir d'une implémentation purement logicielle de l'algorithme proposé. L'architecture obtenue avec l'application des premières étapes de la méthodologie proposée à l'algorithme d'estimation de canal est décrite, ainsi que quelques suggestions faites à la société CoWare, Inc. pour l'amélioration de leur outil. Enfin, l'adéquation de la méthodologie proposée à un environnement de prototypage rapide est discutée et des pistes pour la réalisation d'un éventuel démonstrateur sont données.

<p>Today wireless transmission of data is becoming more and more popular and the need for faster transmission rates is increasing. Since the bandwidth is limited it is important to try to use it to the fullest. CDMA is a technology that allows multiple accesses on the same frequency and time thus making it very bandwidth efficient. The CDMA technology was first introduced in the second generation’s cellular systems but has since then been improved and is reused in today’s 3G systems as Wideband CDMA. ISY is interested in getting a behavioural model of a W-CDMA system since they had developed a DSP processor called BBP1 and were thinking about adding W-CDMA support for it. Even though our system is not implemented on the BBP1 it should provide a good base for future implementations. This thesis project will describe the construction of a behavioural model of a W-CDMA system following the standard specified by 3GPP. The system simulates W-CDMA transmission and reception and has an optional channel used to simulate real world interference. The receiver uses a rake combiner to improve the performance of the system.</p>

The code division multiple access (CDMA) system implemented by the direct-sequence (DS) spread spectrum (SS) technique is one of the most promising multiplexing technologies for wireless communications services. The SS communication adopts a technique of using much wider bandwidth necessary to transmit the information over the channel. In the DS-CDMA system, due to the inherent structure interference, referred to as the multiple access interference (MAI), the system performance might degrade. Next, for DS-CDMA systems over frequency-selective fading channels, the effect of inter symbol interference (ISI) will exist, such that a multiuser RAKE receiver has to be employed to combat the ISI as well as MAI. Since, in practical wireless communication environment, there may have several communication systems operated in the same area at the same time. In this thesis, we consider the environment of DS-CDMA systems, where the asynchronous narrow band interference (NBI) due to other systems is joined suddenly to the CDMA system. In general, when a system works in a stable state with adaptive detectors, a suddenly joined NBI signal will cause the system performance to be crash down. Under such circumstance, the existing conventional adaptive RAKE detectors may not be able to track well for the rapidly sudden changing NBI associated with the problems of ISI and MAI. It is known that the adaptive filtering algorithms, based on the sliding window linear constrained recursive least squares (SW LC-RLS), is very attractive to a violent changing environment. The main concern of this thesis is to propose a novel sliding window constant modulus RLS (SW CM-RLS) algorithm, based on the Min/max criterion, to deal with the NBI for DS-CDMA system over multipath channels. For simplicity and having less system complexity the generalized side-lobe canceller (GSC) structure is employed, and is referred to as the SW CM-GSC-RLS algorithm. The aim of the SW CM-GSC-RLS algorithm is used to alleviate the effect of NBI. It has the advantages of having faster convergence property and tracking ability, and can be applied to the environment in which the NBI is suddenly joined to the system under the effect of channel mismatch to achieve desired performance. At the end of this thesis, we extend the idea of the proposed algorithm to the space-time DS-CDMA RAKE receiver, in which the adaptive beamformer with temporal domain DS-CDMA receiver is employed. Via computer simulation results, we show that our new proposed schemes outperform the conventional CM GSC-RLS algorithm as well as the GSC-RLS algorithm (the so-called LCMV approach), in terms of mean square error of estimating channel impulse response, output signal to interference plus noise ratio and bit-error-rate.

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The direct-sequence code division multiple access (DS-CDMA) is one of the significant techniques for wireless communication systems with multiple simultaneous transmissions. The main concern of this thesis is to propose a new linearly constrained constant modulus modified conjugate gradient (LCCM-MCG) adaptive filtering algorithm to deal with problem of channel mismatch associated with the multiple access interference (MAI) in DS-CDMA system over multipath fading channel. In fact, the adaptive filtering algorithm based on the CM criterion is known to be very attractive for the case when the channel parameters are not estimated perfectly. The proposed LCCM-MCG algorithm is derived based on the so-called generalized sidelobe canceller (GSC). It has the advantage of having better stability and less computational complexity compared with conventional recursive least-squares (RLS) algorithm, and can be used to achieve desired performance for multiuser RAKE receiver. Moreover, with the MCG algorithm it requires only one recursive iteration per incoming sample data for updating the weight vector, but still maintains performance comparable to the RLS algorithm. From computer simulation results, we show that the proposed LCCM-MCG algorithm has fast convergence rate and could be used to circumvent the effect due to channel mismatch. Also, the performance, in terms of bit error rate (BER), is quite close to the LCCM-RLS algorithm suggested in [18], and is superior to the stochastic gradient descent (SGD) algorithm proposed in [7].

Ce travail s'intéresse aux transmissions ultralarge bande (ULB) dans les réseaux sans fils. La diversité spatiale est introduite par l'utilisation du système multiple-input multiple-output (MIMO) comme une technique efficace pour lutter contre l'évanouissement dû aux trajets multiples dans les communications sans fils. Mais, souvent l'intégration d'antennes multiples au niveau de l'émetteur ou du récepteur est coûteuse. Comme alternative, nous proposons d'utiliser la diversité coopérative qui garantit des gains de diversité spatiale en exploitant les techniques MIMO traditionnelles sans avoir besoin d'antennes multiples. L'objectif est d'introduire la diversité coopérative aux systèmes de transmission ULB. Nous considérons deux techniques d'accès multiple avec des schémas de modulation différents (time hopping pulse position modulation TH-PPM et direct sequence binary phase shift keying DSBPSK) avec le protocole de coopération decode-and-forward (DF). Nous utilisons le récepteur Rake afin d'exploiter la diversité de trajet multiple et analysons les statistiques de variable de décision à la sortie de ce récepteur. Nous présentons des résultats de simulation de la performance en termes de taux d'erreur binaire (TER) du système étudié sous différents canaux UWB compte tenu de la norme IEEE 802.15.4a. Ces résultats montrent que la coopération avec des relais améliore significativement les performances de transmission ULB, et que le gain de diversité augmente proportionnellement avec le nombre de relais. En présence d'IAM, la performance du système se dégrade de manière significative, mais l'avantage de la coopération est encore modérément efficace. La performance dans ce cas est limitée en termes de diversité achevée parce que le canal entre la source et le relais en présence d'IAM devient moins favorable. C'est pourquoi nous proposons d'utiliser la technique de sélection d'antenne au relais afin d'améliorer la fiabilité du canal source-relais. Cette solution permet d'améliorer la performance grâce au gain de la diversité d'antennes multiples disponibles au relais toute en n'utilisant qu'une seule chaîne radiofréquence (RF), qui conduit à une réduction des coûts et de la complexité.